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锂电与储能对接 推动成本下降
作者:舒娟    发布于:2017-08-13 09:20:13    文字:【】【】【

  电池技术路线(燃料、镍氢、超级电容等)一直有争议。而Tesla千兆锂电池工厂的开工,至少说明Tesla对锂电池中期发展有信心。尽管可能会有企业跳出Tesla的框架另起炉灶,但不可否认的是,更多的国家和企业(尤其是中国)会作为跟随者和模仿者参与其中,而产业的进步速度往往与参与者的数量正相关。我们认为技术路线的基本确定,会加速产业的集群,产业集群会加速技术进步,并且由于锂电池的产业链已经比较成熟,而且分工明确,成本下降空间大。

  在技术路线确定,产业竞争加速成本下降的过程中,不仅是新能源汽车,储能的需求也会快速甚至爆发式增长。电动车的电池可与储能天然紧密对接。电动车对锂电池的质量要求高,而储能则不然,待新能源汽车市场启动后,可以将置换或者淘汰的车用电池用于储能(充电桩或者家用的系统),这样多次利用,成本会大幅摊薄;锂电池的成本下降不但会带动电动车,也会带动光伏自发自用的需求。

  电解液、隔膜、正极材料和负极材料被称为锂电池的四大材料。

  相较于锂电纷繁复杂的技术路线选择,锂的需求非常明确,只要是“锂电池”就需要锂,不论是碳酸锂、氢氧化锂,甚至是金属锂。当前全球锂资源供给呈高度垄断态势,三大卤水厂商SQM、Rockwood、FMC合计占据了全球锂市场45%的份额,锂精矿供应商Talison依托中国强劲需求成功二期扩产,市占率2012年跃居首位,高达35%。三份卤水+一份矿合计供应了全球80%的市场。

  全球锂供给与需求基本持平。基于对电动汽车增长的预期,不论是原有四家寡头,还是新进入者,均有产能扩张计划。但是,由于资源品位不同、自然环境差异、融资进展以及开发工艺试验等方面的不确定性,新进入者规划的产能并不能迅速转化成产量,因此在中短期内,供给仍主要由四家寡头控制。

  正极材料方面,目前锂离子电池正极材料选择方向很多,主流材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料等方向。正极材料约占整个电池成本的30-40%。

  负极材料方面,技术相对最成熟。通常将锂电池负极材料分为两大类:碳材料和非碳材料。其中碳材料又分为石墨和无定形碳,如天然石墨、改性石墨、石墨化中间相碳微珠、软炭(如焦炭)和一些硬炭等。其他非碳负极材料有氮化物、硅基材料、锡基材料、钛基材料、合金材料等。

  隔膜方面技术壁垒较高。锂电池隔膜主要功能是使电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路,同时允许电解质离子于其间通过;在电池过热时,通过闭孔功能来阻隔电流传导。

  目前隔膜的发展有两条路线,对消费电子类电芯而言,为了迎合美观、便于携带的要求,轻薄化和提高能量密度是发展趋势,一般采用单层PP、PE隔膜;对动力电池而言,由于主要应用在电动自行车、汽车、储能电站上,因此更注重安全性,通常采用多层功能性复合隔膜。

  我们预计2014-2016年全球锂电池年需求增速在25-30%左右,到2016年,全球锂电池隔膜市场将达到86亿元左右,国内隔膜市场规模在13亿元左右。未来若电动汽车、储能电站需求爆发,隔膜市场更有望大幅增长。

  电解液由锂盐(六氟磷酸锂)、溶剂、添加剂组成,其中六氟磷酸锂是电解液成本最重要的组成部分,约占到电解液总成本的43%。

  2011年之前,国内可实现量产的六氟磷酸锂生产企业仅日本森田化学(张家港)和天津金牛两家,本土的天津金牛2010年产能仅250吨,六氟磷酸锂几乎全部依赖日本,当时Stella Chemifa、关东电化学工业、森田化学等几家日本企业垄断了全球90%的市场份额。

  六氟磷酸锂原本是电解液产业链条中技术壁垒最高的产品,但随着国内厂商技术的突破,多氟多、九九久为首的国内厂商快速扩张产能,使得原本具有高壁垒高毛利率的六氟磷酸锂盈利能力大幅下滑。

  目前全球动力电池主要朝向三个方向发展:三元材料(NCA、NMC)、磷酸铁锂材料(LFP)以及锰酸锂材料(LMO),主要为兼顾能量密度、成本和安全性。其中三元材料具有较好的能量密度和功率密度,但安全性能较低,成本相对较高;磷酸铁锂安全性能较好,成本较低,但能量密度以及功率密度较差;锰酸锂综合性能较为均衡,无突出优势和劣势。

  以当前新能源汽车厂商选择路径来看,一种是以美国、中国为主的磷酸铁锂为正极的电池路线,另外一种是以韩国、日本为主的三元材料、锰酸锂为正极的电池路线,目前还未确认哪种技术路线会成为最终的选择,但因主流汽车生产厂商多为日系及美系汽车,而美系汽车锂电池较多的由日韩锂电企业供应,因此动力锂电池更多是在三元以及锰酸锂材料之间选择。

  此外,就电池单体容量发展方向看,除Tesla使用小容量18650电池单体(单体容量3.1Ah)外,更多的是专注于大容量锂电单体研发,如为日产Leaf提供配套电池的AESC公司,PHEV、EV用锂电池多为单体容量33.1Ah的锂电单体。但因大电池单体市场研发尚处于初级阶段,成本较高,以Tesla Model S与日产Leaf为例,Leaf所用锂电池单位储能成本约为Tesla Model S的两倍左右。使得市场上大多电动汽车在电池组容量不大的情况下(约20Kwh)仅锂电池成本就高达2-3万美元。从而在成本上限制了电动汽车的电池组容量,进而限定了整车的动力性能。Tesla的成功将为整个动力锂电产业树立标杆,改变研发资源的配置路径,锂电池将会从专注于大容量单体的研发改为小容量单体、电池管理系统的研发,从而缩短电动汽车革命的进程。

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