关键原材料自给不足，动力电池如何突破产业瓶颈？

动力电池是新能源汽车产业发展壮大的重要一环。经过多年国家政策的引导与支持,我国动力锂电池产业发展迅速,当前动力锂电池产业化进程已经处于国际领先地位。“十四五”开局之年,国家更是提出未来新能源汽车产业将重点突破高安全动力电池等重要技术。

01动力电池产业链全景

动力电池的产业链包括:上游的正极材料、负极材料、电解液、隔膜,中游的锂离子电芯、电池模组及下游的消费电子、储能、电动汽车、电动自行车等。

图1:动力电池产业链全景来源:火石创造根据公开资料整理

1． 上游正极材料:三元锂和磷酸铁锂为当前锂离子电池正极材料的中流砥柱。磷酸铁锂电池的装机量正在逐步追赶三元锂。由于国家财政补贴和市场对高续航里程的追逐,过去几年,三元锂电池的装机量一直超过磷酸铁锂。

随着纯电汽车普及率的提高,安全系数高、价格便宜的磷酸铁锂逐渐获得更多厂家的青睐。2021年多款车型宣布搭载磷酸铁锂电池,例如宏光Mini,特斯拉Model3低配版,比亚迪汉EV、秦EV等。特斯拉CEO马斯克在近期财报发布会上表示,未来特斯拉将逐步转向采用磷酸铁锂电池的方案,从电池构成上来看,未来三分之二的特斯拉将使用磷酸铁锂,三分之一可能采用镍电池。

负极材料:人造石墨负极渗透率逐年提高,需求增长迅速。目前锂电池的主流负极材料是碳负极材料,碳负极有人造石墨负极和天然石墨负极两种。人造石墨以高容量、优秀的循环寿命、成熟工艺、较低成本在高端消费电池领域和动力电池领域应用场景较好,渗透率逐年提升。

隔膜:锂电池隔膜在四大材料中技术壁垒最高,其成本占比仅次于正极材料,约为10%～14%。隔膜属于重资产行业,固定资产与总资产比值高达40%,显著高于其他材料行业。产品投资大、回收周期长加重了隔膜行业的进入门槛。隔膜的制备工艺主要分为干法拉伸与湿法拉伸。湿法隔膜技术一般用于制造高端隔膜产品,同时顺应动力电池高能量密度的要求,未来或将成为技术主流。

电解液:电解液是电池中离子传输的载体,被称为锂离子电池的“血液”,其成本约占整个锂电池成本的10%。2002年,国产电解液进入市场,并逐步取代进口产品。通过不断改进和提高,产品质量已达到国际先进水平。目前国内电池生产商电解液配套已基本实现国产化,只有少部分使用进口电解液。 

2． 中游动力电池由电池模组通过串联的方式组成,每个模组包含若干个锂离子电池单体即电芯,单体间通过串联的方式连接。动力电池组中电芯的形式主要有3种:方形硬壳电池、圆柱电池以及软包电池。

表1:3种电池封装样式对比

来源:火石创造根据公开资料整理

方形硬壳电池是目前应用最为广泛的电池形式,有超过90%的新能源车型采用这一电池形式。方形硬壳电池空间利用率高,电池单体体积及容量明显优于其他电池形式。2020年,宁德时代推出CTP高集成动力电池开发平台,取消PACK成组,将电芯直接集成到电池包。相对于传统的电池包,CTP电池包的体积利用率提高15%～20%,零部件数量减少40%,能量密度从180Wh/kg提升到200Wh/kg以上,成为方形硬壳电池现阶段最佳解决方案。 

3． 下游纯电动车的崛起,正在催生另一个千亿级市场——动力电池回收。据中国汽车技术研究中心数据,2020年国内累计退役的动力电池将超20万吨(约25GWh)。锂离子电池若没有通过正确途径回收,同样会造成严重的环境污染。

从2016年开始,工信部发布一系列文件来完善动力电池回收政策。2021年3月5日,政府工作报告提出“加快建设动力电池回收利用体系”。但由于新能源汽车市场渗透率不高,电池回收经济效益不明显,加上电池拆解成本较高等问题,动力电池回收市场的潜力一直没有释放。根据监管部门规定,未来电池回收,电池制造商将承担主要责任。

02动力电池市场规模分析

全球动力电池市场已经被中日韩龙头大厂垄断。中日韩三国的动力电池出货量占全球总出货量的90%以上。中国从2015年赶超日本成为全球最大的动力电池生产国,2019年动力电池出货量为71GWh,占全球总出货量的61．7%。企业层面,宁德时代和LG新能源逐渐呈现双寡头格局。      

图 2:2020年全球动力电池装机格局来源:SNE Research

2021年上半年,全球新能源汽车复苏势头加速,带动动力电池市场大幅增长。6月份全球动力电池装机量达到25．6GWh,同比增长126．5%,环比增长了20．2%;1-6月份累计装机量达到115．1GWh,同比增长155．8%。

表2:2021年上半年全球装机量前10动力电池厂家

来源:起点锂电大数据

随着我国新冠疫情的消退和经济的复苏,以及国家对“碳中和”“碳达峰”的号召,我国新能源汽车市场在2020年下半年迅速回暖,动力电池行业迎来爆发式增长。企查查数据显示,截至2021年1月,我国共有动力电池相关企业1．8万家;2020年新注册企业5253家,同比增长66．1%,其中第4季度新注册企业2953家,环比暴涨196．5%。

图3:2020年国内动力电池装机量/GWh来源:动力电池应用分会

动力电池应用分会数据显示,2021年1-6月中国市场新能源汽车产量约为118．98万辆,同比增长238．19%;动力电池装机量约为53．67GWh,同比增长206．88%。            

图4:2021年1-6月国内动力电池装机量/GWh及增长率来源:动力电池应用分会