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2016年中国锂电池行业发展现状及发展趋势预测【图】

2016年07月05日 17:05:05字号:T|T

    一、中国锂电池市场总体规模

    自1991年全球第一只商业化锂离子电池由日本索尼推向市场以来,锂离子电池产业发展已走到其第25个年头。经过20多年的发展,锂离子电池市场规模从无到有,先后超越镍镉电池、镍氢电池等其他二次电池而发展成为仅次于铅酸电池的第二大二次电池产品。欧洲知名产研机构Avicenne Energy发布的统计数据显示,从1990年至2012年间,锂离子电池市场规模从0.5万kWh(1990年还处在试应用阶段)快速发展到3233.47万kWh(注:与国内统计的数据有所不同,主要原因是该机构对中国情况不是很了解),年均复合增长率高达49%,仅次于铅酸电池的3.26亿kWh。该机构的数据显示,2000年之前10年的锂离子电池市场规模的年均复合增长率高达70.8%,之后10年为年均27.1%。

    相关报告:智研咨询发布的《2016-2022年中国锂电池行业研究及发展趋势研究报告》

    从2010年至2014年,比传统功能手机更耗电的智能手机以及平板电脑、电动汽车等新兴市场的崛起,推动了锂离子电池市场的快速发展和市场普及。到2014年全球锂离子电池市场规模快速发展到6646.5万kWh,是2010年的3倍多。在全球经济总体处于低谷徘徊的情况下,如此高速增长尤为难得。

    2015年, 全球新能源汽车销量为73万辆, 同比增长108%;锂电池产量也从 2014 年 72GW,升至 100GW,同比增长 40%;动力电池在锂电池产量中的占比也由 2014 年的14%快速提升到 2015 年的 28%。

全球锂电池产量及增速

    对于未来市场规模的预期,在综合考虑各种因素的情况下,真锂研究和中国电池网在去年预期的基础上有所调低,预计2020年全球锂离子电池市场规模将会超过2亿kWh,21世纪第二个10年的年均复合增长率接近25%。与此同时,铅酸电池市场规模到2020年前后预计将下降到2010年时2.7亿kWh左右的水平。此消彼长,大约在2022年或2023年前后,锂离子电池就将超越铅酸电池而成为市场用量最大的二次电池产品。

2010-2020年中国锂电池市场规模(单位:万kWh)

    锂离子电池自诞生之日起,就在抢占其他二次电池的市场份额,同时还在创造新的市场需求。锂离子电池首先切入手机、数码相机、笔记本等消费类电子产品市场,用了几年时间迅速一统天下,而镍镉电池、镍氢电池则快速退出这个市场。在目前镍镉电池用量最大的电动工具市场,2014年锂离子电池以60%的市场份额远超镍镉电池,而且市场份额还在进一步扩大。在目前镍氢电池用量最大的混合动力汽车(HEV)市场,占据85%市场份额的丰田和本田(丰田70%+本田15%)已开始采用锂离子电池,且用量逐步扩大。

我国锂电池动力领域占比

    铅酸电池目前主要的应用市场是车辆启动、以电动二轮和三轮车为代表的交通工具、UPS电源等领域,其中车辆启动市场占比约70%。在这些领域,锂离子电池都已开始蚕食铅酸电池的市场份额。在开发更加节能的汽车产品的要求下,车企巨头正在纷纷开发采用“12V铅酸电池+48V锂离子电池”双电池启停系统的汽车产品,这种配备双电系统的汽车产品有望在2020年之前占据汽车市场的半壁江山(在12V启动电池本身,也有车企在考虑用锂离子电池替代铅酸电池);而下一步的发展趋势也显而易见,就是放弃铅酸电池,开发只使用锂离子电池的xEV产品(xEV=HEV+PHEV+EV)。在电动自行车、电动三轮车、低速电动汽车等交通工具市场,锂离子电池用量都在快速增长。

    锂离子电池同时在创造新的市场需求。在平板电脑、电动汽车(PHEV+EV)、与分布式风光发电相配套的家庭储能等新兴市场,锂离子电池有的是不二之选,有的是首选。在尚未兴起的电网储能等市场,目前已开展的相关示范运行项目中,锂离子电池的用量显著超过其他二次电池(如极具代表性的国家电网张北风光储输示范项目等)。

    锂离子电池之所以能在市场上攻城掠地,主要得益于它快速下滑的价格。就性能而言,锂离子电池明显优于铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等主要竞争对手。通过性能的优势,锂离子电池逐渐扩大了市场规模,而需求的增长直接导致产能扩张、制造成本下降,这又反过来刺激市场需求进一步增长。锂电池产业就这样走上了一条良性循环的发展道路。相对应的是,其他二次电池则在“市场需求下降→越来越不具规模效益→成本上升→市场需求进一步下降”的恶性循环道路上渐行渐远。

铅酸电池、镍氢电池和锂离子电池价格变化走势(单位:元/Wh)

    与镍氢电池相比较,锂离子电池在2007年时的性价比就已经超越了镍氢电池,绝对单位价格在2009年时就已经低于镍氢电池。与铅酸电池相比较,锂离子电池循环寿命普遍是铅酸电池的2倍以上,价格在2014年也已经下降到2倍左右,两者的单位循环寿命价格几乎相当,性价比方面则开始占据优势。同时我们可以看到,铅酸电池的价格已进入一个上升通道,而锂离子电池价格还有下探空间。因此,可以将2014年看做是一个时间拐点的话,那么在这之后,锂离子电池替代铅酸电池的进程将会显著加快。

    二、市场重心向动力应用方向转移

    如果把锂离子电池的下游应用市场分为消费类电子产品、电动交通工具、工业&储能这三大板块,我们可以发现,锂离子电池的需求重心正处于由消费类电子产品的小电池市场向电动交通工具和工业&储能的动力电池市场转移的发展阶段,大致的先后顺序是:消费类电子产品市场→电动交通工具市场→工业&储能市场。

    (注:真锂研究和中国电池网将智能手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机、MP3/4等以及为此充电的便携式移动电源归类为消费类电子产品市场,将电动汽车、低速电动汽车、电动三轮车、电动自行车、电动轮椅、电动滑板车、电动独轮车等归类为电动交通工具市场,将移动通信基站电源、电动铲车/叉车/物流车、家庭储能、电网储能以及其他UPS电源市场归类为工业&储能市场。)

2011-2020年全球锂离子电池市场结构变化(单位:万kWh)

    可以看到,全球消费类电子产品市场对锂离子电池的需求占比从2011年至2014年呈现出明显的下滑势头——由2011年的80%以上快速降到2014年的55.7%,预计到2020年会持续降到30.5%。与此同时,后两大市场的占比却在快速上升,其中电动交通工具市场主要以电动汽车和电动自行车为代表,工业&储能市场主要以移动通信基站电源市场为代表。

    电动交通工具市场对锂离子电池的需求呈现高速增长态势。其中在电动自行车市场,随着性价比逐步赶超,锂离子电池已开启了规模化替代铅酸电池的进程。这种确切的发展趋势已使得在该市场占据支配地位的浙江天能和超威这两家铅酸电池大厂,先后投资兴建锂离子电池生产设施,开始了革自己命的进程。2014年电动自行车市场使用锂离子电池的新品占比在20%左右,其中中国市场的比例稍低,预计到2020年这个比例会达到95%以上。

    不过,未来几年,锂离子电池市场规模增长的最大动力确定无疑将来自电动汽车市场。在2011年电动汽车商业化元年,全球电动汽车销量即取得6.8万辆的佳绩,此后以73.23%的年均复合增长率高速增长,至2014年已达到35.35万辆;预计2020年销量将突破200万辆。与此相对应,2011年电动汽车对锂离子电池的需求量为176.7万kWh,占整个锂电池市场总需求的比重仅为6.6%;2014年需求量快速增长到1110.2万kWh,4年增长了6倍多,而市场份额也快速增长到16.7%,成为仅次于手机的锂离子电池第二大细分市场。我们预计到2016年就将以2071万kWh的需求量和22%的市场份额超越智能手机而成为锂离子电池最大的细分市场;到2020年将以31.4%的市场份额超越整个消费类电子产品市场,届时需求总量将超过6200万kWh。

    2011年至2020年全球电动汽车销量及锂离子电池需求量变化(电动汽车销量单位:千辆;锂离子电池需求量单位:万kWh)(

    随着移动通信网络由3G向4G甚至5G方向发展,要求在人口密集地域高密度建设大量小微型移动通信基站,寸土寸金的现实条件使得锂离子电池成为这类基站电源的不二之选。未来几年,锂离子电池在基站电源市场的应用会高速发展。同时,为了降低电动汽车的售价,日产、特斯拉、通用汽车、三菱汽车、戴姆勒-奔驰、比亚迪等知名车企已纷纷在尝试将车载电池扩产或二次利用,开发家庭储能市场,以降低车载电池价格,这已形成了一股潮流。在这两大细分市场的带动下,整个工业&储能市场在2020年之前也会取得较大发展,2020年之后,随着电网储能商业化应用的逐步开展,工业&储能市场将会开启赶超电动交通工具市场的步伐。

    二、锂电池产业格局

    我们知道,全球锂离子电池产业基本上集中在中国、日本和韩国。在目前这一代锂离子电池技术上,这种格局只会巩固而不会弱化,完善的产业链、丰富的制造经验和人才储备使得其他国家的企业很难插足。当然,这三国企业到其他地区兴建生产设施,那就另当别论。如LG化学已在美国密歇根州兴建了电芯工厂,就近给美国车企供货;三星SDI在欧洲收购了电池组装公司麦格纳斯太尔(Magna Steyr),未来不排除会生产电芯;松下和特斯拉在美国兴建的超级电池工厂Gigafactory,该工厂的电芯制造技术主要来自松下,年规划产能是3500万kWh的电芯和5000万kWh的模组,建成后显然将会极大改变现有产业格局。

    从目前的动态来看,欧美企业把更多的希望寄托在能量密度更高的下一代锂离子电池(如全固态锂离子电池)或下一代二次锂电池(如锂硫电池和锂空气电池等)的身上,期望在这些电池技术上实现汽车电池和储能电池产业的大翻盘。如通用汽车和大众集团,都在明确LG化学为其电池合作伙伴的同时,纷纷投资入股全固态锂离子电池技术开发企业,其中通用投资入股Sakti3,大众投资入股QuantumScape。

    1、电池产业格局中,韩国企业优势日益突出

    锂离子电池是由日本企业第一个推向市场的,在此后长达20多年的时间里,日本一直是全球最大的锂离子电池产业聚集地,只是优势在不断缩小。20世纪最后几年,韩国和中国企业开始涉足锂电产业,21世纪的前几年逐步崛起,到2011年时韩国企业以958.9万kWh的出货总量超越日本企业而位居全球第一。不过这个优势也只保持了两年。到2013年,中国企业以1899.8万kWh的出货总量超越韩国而位居全球第一,主要原因是中国智能手机产业和移动电源产业的高速发展所带动。2014年,中国企业进一步扩大了领先优势,总出货量的全球占比超过了40%,这一年中国电动汽车市场取得了飞跃式发展。

2010-2014年主要国家锂离子电池出货量规模(单位:万KWH)

2010-2014年主要国家锂离子电池出货量占比(%)

    2014年中国企业共向本国电动汽车产品供应了401.8万kWh的动力锂离子电池,而2015年前8个月,工信部数据显示中国电动汽车产量为12.36万辆,我们初步估算对应的动力锂离子电池需求超过了700万kWh,预计全年供应量将超过1100万kWh,这是2014年全球电动汽车市场的需求总量。显然,坐着火箭发展的中国电动汽车市场将帮助中国企业在2015年进一步提升锂离子电池总出货量的全球占比。虽然中国锂离子电池产业的体量越来越大,但真锂研究和中国电池网并不认为中国企业将会在今后中日韩的三国演义中占据优势,相反,今后可能会存在隐忧。

    ①在目前这一代锂离子电池技术很成熟的情况下,企业的发展越来越依赖于规模制胜,规模大有利于降低制造成本。与韩日巨头相比,中国企业数量众多,但规模普遍不大,这是第一个隐忧。数据显示,在2014年6646.5万kWh的总供应量中,韩国的三星SDI和LG化学、日本的松下这3家企业的供应量分别是1128.3万kWh、940.5万kWh和928.8万kWh,合计市场份额为45.10%,几乎占到了一半。中国是年供应量超过100万kWh的企业就有10家,这10家企业共向市场供应锂离子电池1910.9万kWh,占整个中国企业总供应量的70.6%,其中前3强天津力神、ATL和比亚迪的供应量虽然都超过了300万kWh,但三者之和也仅为1047.3万kWh,不及三星SDI一家。

2014年主要锂离子电池企业市场份额

    ②锂离子电池产品的品质存在明显差距,而且这种差距看上去很难缩小。以电动汽车用的动力锂离子电池产品的制造为例,目前,韩日巨头的产品合格率已经达到了1ppm级别,也就是说生产的一百万只电芯中,不合格率只有一只甚至没有;不仅如此,现在韩日企业在电池模组方面的产品合格率也已达到1ppm级别。而中国企业的电芯产品合格率能达到90%的就很不错,而且这90%中还一般分为质量好一点的A品和质量次一点的B品两档(韩日巨头全部都是A品,产品之间质量完全一样。据苏州宇量电池毛焕宇博士讲,我们很多企业都是几个品类,这是好的,甚至十几个品类的质量等级)。

    要缩小这种差距,需要改造“硬件”设施的同时提升“软件”能力。“硬件”方面要提高不难,花钱就可以。不可否认,中国企业的自动化制造水平这几年来有显着提高,不少企业甚至全套引进国外先进的自动化设备,这也确实在很大程度上提高了产品的品质。“软件”方面主要指思想意识,这种差距的缩小就有点困难。国家863电动汽车重大专项动力电池检测中心主任王子冬2014年11月在第二届锂电“达沃斯”年会上曾说过,他去参观LG化学的动力电池生产线,发现人家在整个电芯制造过程中有上千个控制节点,而中国企业普遍只有几十个。这可能不是中国企业不愿意在制造过程中增加控制节点,而应该是意识不到。

    ③电池路线的问题。在动力电池路线上,前几年中国一直在一边倒发展磷酸铁锂电池技术,同时日韩企业在一边倒发展锰酸锂和三元电池技术。前者理论上相对安全,技术开发的重点是提升能量密度;后者正好相反。这几年下来,后者发展得比较成功,而前者在能量密度提升方面的进展极为缓慢,同时在产品的安全方面也并未体现出什么优势,导致的结果是中国企业目前正在普遍由磷酸铁锂路线向三元路线转移,连一直最为坚定的比亚迪也是如此(比亚迪的下一款电动汽车产品基本确定要使用三元电池)。

2014年主要国家锂离子电池企业动力电芯应用情况及单价

    这样,中国企业在相关技术的成熟度以及产品成本控制等方面,在未来一两年内与韩日企业相比,明显将会处于劣势。通过表3可以看到,2014年韩日企业的锰酸锂和三元动力电池的价格与中国企业的磷酸铁锂电池价格基本相当。随着三星SDI的西安动力电池工厂和LG化学的南京动力电池工厂的先后投产(预计将在2015年底或2016年初),韩国企业将与中国企业同台竞技,他们的锰酸锂和三元电池的成本将会有进一步降低,而中国企业由于刚开始发展锰酸锂和三元电池,初期偏高的成本会使得电芯价格较表中的磷酸铁锂电芯更高,这样,中国企业的劣势将会更加明显。

    在锂电池市场最大的驱动力——电动汽车用动力锂离子电池方面,中国企业在规模方面不占优势,产品品质有明显差距(至今基本上未走出国门),技术路线上是后发,这些因素叠加,未来中国锂离子电池产业在这个领域的前景可能不会很乐观。

    在汽车动力锂离子电池市场,2014年松下以268.9万kWh的供应量独步全球,远超其他企业,汽车电池占其总供应量的比重高达29%,意味着松下的转型升级做得非常成功。老牌锂离子电池企业NEC在2007年与日产合资组建了专注于动力电池业务的AESC(日产控股51%),同时做出了逐步放弃消费类电池市场的决定。它的转型升级也很成功。经过几年的努力之后,AESC在2014年以168.66万kWh的供应量成为全球第2大动力锂离子电池制造商。LG化学和比亚迪2014年的汽车电池供应量都在120多万kWh,但比亚迪全部是自用,而向LG化学采购动力电池的知名车企却有很多,如表3中通用、雷诺、福特、沃尔沃等,现在很多中国企业也在采购LG化学的电芯。在全球20大汽车知名品牌中,LG化学已经确定了与其中的13家合作。

    目前的各种迹象显示,未来汽车电池市场格局很可能呈现出松下、LG化学和三星SDI三足鼎立的格局。2014年全球第2大车用电池供应商AESC的前景看起来都不太妙,产品品质难入车企巨头法眼的中国电池企业就更不用说了。2015年7月,日产CEO戈恩公开表态,认为LG化学是全球最好的电池制造商,并已暗示将来的Leaf要采用LG化学的电池产品。我们从日本产业界朋友那里得到的消息是,虽然是AESC的控股股东,但日产很有可能要放弃AESC,原因也很简单,同样是软包电池,但LG化学的产品性价比更优。日产要在电动汽车市场取得成功,就必须要用更好的电池。

    三星SDI虽然2014年仅供应了43.01万kWh的汽车电池,量并不多,但客户都是些大名鼎鼎的车企,如宝马、大众、保时捷、奥迪、菲亚特等,它的发展潜力不容小觑。一方面越来越多的车企对其产品感兴趣,一方面松下的部分客户可能会被它所接收。松下一直在两大动力电池路线之间举棋不定,一是自身的圆柱型小电池路线,二是并购的三洋电机的方型大电池路线。在松下决定与特斯拉共建超级电池工厂Gigafactory之后,因为财力和精力有限,我们预计松下很有可能要放弃方型大电池路线,其相关客户有很大可能转向同样走方型大电池路线的三星SDI。

    虽然中国电池企业在电动自行车、电动三轮车、低速电动汽车等其他电动交通工具市场、讲求差异化的消费类小电池市场以及未来前景无限的储能动力市场还存在机会,但是,锂离子电池产业的发展有很大可能会按照“赢者通吃”的市场规律前进,因此,中国锂离子电池产业未来几年将会面临很严峻的挑战。

    2、材料产业格局分析

    中国相关材料产业的大发展,始于三星SDI和LG化学这两大韩国巨头的大采购,标志性事件是当升科技2010年的上市。出于降低制造成本的考虑,韩国巨头于2006年开始采购当升科技的正极材料,随后几年采购量越来越大,直接推动了当升科技飞速发展,一年一个台阶,直至2010年上市,在中国资本市场刮起了一股锂电池、新能源旋风。在榜样力量的鼓舞下,一批中国材料企业改进制造工艺,提升产品品质,以进入国际大厂供应链、最终上市做大做强为目标,实现了集团式进步。这种进步同时也刺激了中国锂离子电池产业的大发展。

    在正极材料、负极材料、电解液、隔膜等各个关键材料产业领域,中国都涌现出了一批优秀企业,如正极材料领域的当升科技、巴莫科技、湖南瑞翔、湖南杉杉、中信国安盟固利、北大先行、天骄科技、厦门钨业、金瑞科技、贵州振华等等;负极材料领域的贝特瑞、宁波杉杉、江西紫宸、摩根海容等等;电解液领域的新宙邦、国泰华荣、天津金牛、广州天赐、东莞杉杉等等;隔膜领域的星源材质、金辉高科、沧州明珠格瑞恩(中科科技)、武汉惠强新能源、辽源鸿图、东皋膜技术等等。

    数据显示,在正极材料、负极材料和电解液材料市场,中国企业的市场份额在2012年或2013年达到顶点(全球市占率或接近50%,或超过50%)之后,开始走下坡路。隔膜材料在4大关键材料中是最晚一个实现国产化的,这几年的全球市场份额还处在一个上升过程中,但如果按照前三者的发展规律,到达顶峰之后走下坡路可能也就是这一两年的事。

2012-2014年中日韩企业正极材料产品的全球市场占率(%)

2012-2014年中日韩企业正极材料产品的全球市场供应量(吨)

    可以看到,虽然中国企业的正极材料产品供应量每年以40%以上的发展速度在高速增长,但全球市占率却在2013年到达49.83%的顶点之后开始下滑,2014年快速下滑了6.06%至43.77%,甚至不及2011年45.10%的市占率。我们认为,快速下滑的主要原因大致有两个:一是在消费类电子产品市场,韩国巨头的采购策略发生了变化;二是在更高端的动力电池用正极材料市场,日本企业的转型升级做得很成功,同时韩国企业也发展得很快。

2014年主要国家正极材料企业出货情况统计(单位:吨)

    在消费类小电池制造的成本控制方面,三星SDI和LG化学这两大韩国巨头有着清晰的发展规划:首先是通过采购中国企业的正极材料产品降低成本,在经历的持续几年不断的压价之后,中国企业已经难以承受,在这种情况下,他们开始自己生产正极材料,以求进一步降低电池制造成本。从表4可以看到,这两大韩国巨头2014年的正极材料产量已足以跻身于全球正极材料大厂的行列。

    日本企业的正极材料产品全球市占率虽然在下滑,但是在调整产业结构、推进产业升级方面做得很成功。2014年日本企业的镍钴铝酸锂(NCA)材料共出货9850吨,锰酸锂(LMO)材料共出货7950吨,这些基本上都用于动力电池制造,加上用于动力电池的部分镍钴锰酸锂(NCM)材料,2014年日本企业34320吨的总出货量中初步估算有超过2/3是高端产品。在三星SDI和LG化学确定在消费类小电池领域采用自制正极材料的情况下,韩国正极材料企业也开始了产品转型升级的步伐,而且步子迈得很快,ECOPRO在2014年就以3500吨的出货量迅速发展成为NCA材料的全球第2大供应商,而它在2013年NCA产量还非常少。

    从表4我们也可以看到,中国企业的正极材料产品大部分还是用于消费类小电池制造的钴酸锂(LCO)材料,对动力电池产业的贡献较小。2014年中国锂离子电池企业共向本国电动汽车产品供应了401.8万kWh的动力锂离子电池,其中绝大部分是磷酸铁锂电池。比亚迪电动汽车所需的123.86万kWh磷酸铁锂电池全部是自己生产制造,尽管比亚迪也具备生产磷酸铁锂材料(LFP)的能力,但据真锂研究和中国电池网调研的情况,为了保证动力电池的品质,比亚迪主要采用加拿大Phostech的磷酸铁锂材料,自制的以及向国内材料企业采购的量不多。

    中国正极材料产业阻止滑坡的唯一办法就是下大力气推进产业结构升级调整,提升技术水平和制造能力,顺应锂离子电池动力化的发展趋势。

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