锂电池快充行业市场分析

锂电池快充行业市场分析1.快充动力电池将迎来放量元年电动汽车产业步入市场驱动阶段国内纯电动汽车产销量不断攀升，自2022年11月以来渗透率上升速度逐步放缓。当前的渗透率在30%左右。行业市场驱动，稳定成长趋势已经明确。当前电动汽车产业链逐步由渗透率提升驱动转向单车高质量发展驱动。锂电池能量密度已达发展瓶颈锂离子电池的发展经过了半个世纪，锂离子动力电池被大规模商用也已经有10余年的历史。锂电池能量密度可能已经达到极限，除非实现半固态和固态电池的技术突破，否则未来锂电池能量密度再出现大幅增加的机会很小。国内《免征车辆购置税的新能源汽车车型目录》中推荐购置的纯电车能量密度在2019年后几乎不再上升。有效补能为重要关注点，有助缓解充电桩拥挤问题存在公共充电桩不足的结构性问题，公共补能仍存在较大缺口。2022年，我国车桩比为2.51：1，公共车桩比为7.29：1。近年来我国新能源汽车保有量持续增长，然而公共车桩比例未见明显增加趋势。各大高速公路服务区的抢桩大战等，一定程度揭露了新能源车仍存在一定的补能焦虑。电动车充电桩支持政策强劲，布局大范围高质量充电体系补能设施的建设政策早就不断加码，为发展快充解决里程焦虑问题提供了契机。量：注重覆盖范围，解决绝大部分地区的充电桩覆盖问题。质：建立功能完善的高质量充电基础设施体系，在高速公路服务区建设超快充、大功率电动汽车充电基础设施。快充动力电池技术逐步成熟，加速快充渗透率提升手机快充发展已有近10年历史。智能手机快充严格意义上始于USBIF于2010年颁布的USBBC1.2。根据统计，2022年手机快充市场渗透率达95%。2022年以来，各大电池厂陆续推出快充动力电池，或将开启动力电池快充全面发展之路。我们预测，2025年动力电池快充的渗透率将达到25%，全球锂电池中快充电池占比达到24%，对应508GWh。2.快充电池关键在于热管理和离子导电率电子传输速度远高于离子传输速度，所以离子传输速度决定了快充的效率。随着循环次数增多，电池在快充下的发热问题越发明显。电池快充能力取决于电芯负极快速嵌锂能力以及电池的热管理能力，具体应对措施包括：。热管理：提升导电率（导电剂比例和升级配方，提升LiFSI在电解液中的比例）。离子嵌入速率：提升负极性能（加大负极包覆，参杂硅碳负极）。导电剂是锂电池的快充的关键辅助材料提升锂电池电子输运效率的关键辅材。导电剂可以增加活性物质之间的导电接触，提升锂电池中电子在电极中的传输速率，从而提升锂电池的关键性能指标。大部分构成电极正极材料导电性能较差，带来的较大的电极内阻，降低电池的倍率性能、循环性能。目前电池体系中，导电剂主要用于正/负极和集流体。导电剂的添加量仅在1%~2%左右（相当于正负极材料的比重）。集流体涂炭提供极佳的静态导电性能，收集活性物质的微电流，从而可以大幅度降低正/负极材料和集流之间的接触电阻。负极包覆材料提升负极稳定性表面改性（例如碳涂层和球化）对于提高石墨电极的性能至关重要。在无涂层石墨中，在轧制过程中，石墨受到法线方向的力，导致颗粒沿平行于铜集流体的方向取向。石墨表面上均匀涂覆的沥青提供了锂离子扩散路径，有助于赋予更球形的颗粒形状，并在轧制过程中抑制颗粒取向。沥青涂层石墨可以提供改善的循环稳定性。石墨的体积膨胀（~13%）。阻止大体积溶剂分子共嵌入的作用，使石墨层只在小范围可逆的膨胀收缩，而不致迅速塌陷崩溃，从而延长了石墨负极的循环寿命。参杂硅碳提升负极离子嵌入性能硅基负极优势一是可以提升锂电池的能量密度。这是由于硅的理论克容量远大于碳。硅的优势二是可以大幅提升锂电的充放电效率。硅能够大幅提升锂离子的镶嵌速度（石墨中6个碳原子配位一个锂原子，而且石墨存在各向异性，只有单一方向能进入；硅中单个硅原子能够配位15/4个锂原子，而且不存在各向异性）。3.导电炭黑国产替代正在进行导电剂分为炭黑和新型导电剂两类导电剂对于电池不算活性物质，所以导电剂的选择关键点在于导电率和成本。需要选择导电性能较好的导电剂，从而减少导电剂的添加量。不同导电剂价格差异较大，低价格的导电剂有助于控制成本（导电剂的添加量占整个电池的成本量2%）。经典的导电剂为导电炭黑，新型导电剂包括碳纳米管、石墨烯两类。SP碳黑的灰份和挥发物（杂质）较乙炔黑少一些，此外乙炔黑分散性不及SP炭黑，乙炔黑属于中低端导电炭黑。新型导电剂（碳纳米管为主）的导电性能占优，但容易导致混合不均匀，而且价格较高。导电剂行业趋势：从单一化到多元化不同导电剂的导电性能/分散性能的差异很大，混配方式可以兼具分散性和导电性能的优势。炭黑与活性物质点对点接触，呈链状结构；碳纳米管与活性物质呈线与点接触，相较于传统炭黑，增大了接触面积，提高了电导率。导电剂经历多代发展，目前主流的方法为导电炭黑+碳纳米管，但以导电炭黑为主。根据国轩高科的环境影响评价，其正极材料中，炭黑SP和碳纳米管相对比例约为6：4。来导电剂体系将逐步从单一化走向多元复合化。因为不同的导电剂在成本、导电性、吸液性能等方面各有优势，差异化组合更适合不同场景的电池使用。高端导电炭黑行业整体供不应求，国产替代正在进行我国导电剂发展较晚，国产化导电剂主要包括乙炔黑和碳纳米管。乙炔黑供应商：焦作和兴、无锡东恒等；碳纳米管供应商：天奈科技、三顺纳米、青岛昊鑫等。主流SP炭黑依赖进口，行业整体供不应求，国产替代正在进行。目前市场上主流SP炭黑生产商为法国益瑞石，益瑞石在国内尚未设厂，导电炭黑基本由位于比利时的工厂提供。2021年，由于新能源快速发展，SP炭黑供不应求，价格步入上行通道。同期，乙炔黑因为价格低于SP炭黑，大量流入市场。2022年末以来，我国企业黑猫股份突破SP炭黑技术加之产能逐步释放，SP炭黑供给侧增多，价格逐步回落。4.LiFSI渗透率全面提速添加LiFSI是提升电解液能力的有效措施溶质锂盐的选择在很大程度上也决定着锂电池的容量、工作温度、循环性能、功率密度、能量密度及安全性等性能。溶质锂盐在锂电池中负责提供自由穿梭的离子和承担电池内部传输离子的作用。溶质锂盐需与电极材料作用形成固体电解液膜（SEI）。溶质锂盐在电解液质量占比仅约13%，但在电解液制造成本占比约为62%。LiFSI作为电解液溶质锂盐具有高导电率、高化学稳定性、高热稳定性的优点。快充发展下，LiFSI渗透率将加速上升。LiFSI需求有望呈现快速增长态势LiFSI的需求在未来几年会以逐年倍增的速度增长，我们预测2025年为10.3万吨，约相当于2022年的8倍。核心假设：电解液单耗小幅下降，铁锂对三元比例逐步提升。目前LiFSI在市场极少作为锂盐，而普遍用作添加剂改善电解液导电性，在电解液中的渗透率量约为10%，市场需求约为小千吨级。LiFSI制造成本的下降和快充电池放量将加速LiFSI在锂盐领域的渗透。锂电池需求高扩张拉动电解液锂盐刚性增长。不同企业LiFSI合成工艺专利布局各有侧重多氟多和天赐材料不仅掌握氯磺酸法，还布局了硫酰氟法，更注重全面进行LiFSI合成领域专利布局，可以有效降低技术更迭的掉队风险。日本触媒和康鹏科技专利布局倾向以氯磺酸法为基础，进一步优化氟化或锂化的原料选择，专精氯磺酸法LiFSI合成。虽然不同企业在LiFSI合成专利布局方面各有侧重，但大部分企业都以氯化亚砜氯磺酸法为导向做了不同层次、不同细分环节的专利布局，表明企业对该方法有极高的认可度。5.负极包覆材料持续高景气负极包覆材料是负极的表面改性材料负极石墨材料由于其结构天然瑕疵以及在电池充放电中会形成SEI膜导致负极的循环性能、倍率性能下降。负极包覆材料实际上是一种由沥青和树脂混炼成的“特殊沥青”。原料主要为沥青和古马隆树脂。包覆材料在包覆时能够极大改善合成石墨（炭黑）材料表面的不均匀结构，因此能够显著提升其倍率性能及循环性能，是提升电池性能的必备材料。快充渗透率上升驱动负极包覆材料持续高景气我们预计2025年全球所有负极包覆材料需求为38.7W吨，约为2022年需求的2.8倍。核心假设：动力电池快充发展拉动快充电池在所有锂电池体系里的渗透率提升；快充负极主要为人造负极；快充下负极性能要求提升，人造负极造粒和包覆阶段的包覆材料质量和添加量；硅基负极逐步添加至负极体系中用以提升石墨负极的快充性能；负极生产中存在11%的损耗率。6.碳硅负极技术迭代驱动活性炭需求扩张两类硅负极存在共性缺陷，通常与碳负极材料掺杂使用目前主流的硅负极可以分为硅氧负极和硅碳负极两类。硅氧负极的主要优点在于具有较高的可逆容量，循环性能和倍率性能；同时发展时间较长，工艺路线较为稳定。其主要问题是首次库伦效率过低。硅碳负极的克容量更高，首次充放电的效率更高；但是其电极的库伦效率和循环效率仍旧低于碳负极材料。硅负极共同存在的主要共性缺陷在于膨胀率远大于碳负极。这是在嵌锂-失锂过程中，含硅晶体结构出现缺陷所导致的，是硅负极要和碳负极混合掺杂使用或采取预处理的重要原因。硅氧负极材料的技术门槛相对较低硅氧负极的技术路线较为统一，都是以二氧化硅和硅为原材料，形成硅氧比约为1：1的SiO前驱体后，再通过包覆材料进行包覆过程形成硅氧负极材料。由于硅氧负极材料掺杂会导致电池的首次效率大幅下降，预锂化、预镁化过程是提升其首次效率的方法。硅氧负极材料的技术门槛相对较低，制备流程的精确程度要求较低，因此大部分硅负极企业都有参与。硅烷裂解法为当前制备的主流方法硅烷裂解法为第二代的的硅碳负极制备方法，通过高温热解将硅附着到活性炭孔洞中，并完成包覆后制备出。硅烷裂解法的关键材料为高纯度、高均匀性的活性炭材料。相比于供应厂家较多的硅烷，高品质活性炭的供应相对稀缺。高温高压裂解反应的反应过程为关键的技术步骤，碳-硅结合的。快充驱动硅负极市场空间高速扩张我们预计