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2019年电池行业需求、产品结构及未来趋势分析[图]

2020年01月14日 14:14:10字号:T|T

    电池包括物理电池和化学电池。物理电池是利用物理效应,将太阳能、热能或核能直接转换成直流电能的装置,如太阳能电池、温差发电器、核电池等;化学电池是一种将化学能直接转变成直流电能的装置,如铅酸蓄电池、锂离子电池、锌锰电池等。

不同电池化学成分收入贡献占比

数据来源:公开资料整理

电池种类

碳锌电池
碳锌电池 碳锌电池又称碳锌干电池、碳性电池、碳性电芯,外壳由锌构成。既可以作为电池的容器,又可以作为电池的负极。碳锌电池是从液体Leclanche电池发展而来。传统或一般型以氯化铵为电解质;电池则通常是使用氯化锌为电解质的碳锌电池,是一般使用的廉价电池的一种改良版。电池的正极主要是由粉末状的二氧化锰和碳构成。电解液是把氯化锌和氯化铵溶于水中所形成的糊状溶液。碳锌电池是最便宜的原电池,因此成为很多厂商的首选,因为这些厂商所销售的设备中常常需要配送电池。锌碳电池可以用于遥控器、闪光灯、玩具或晶体管收音机等功率不大的设备。此电池正极的碳棒与二氧化锰中所混合的碳只负责引出电流,并不参与反应,正极实际参与还原反应并提供正电的是二氧化锰中的锰,因此,又称为锰锌电池、锌锰电池或锌-二氧化锰电池,也有简称锰干电池的。碳锌电池的电压为1.5V。
锌空气电池
锌空气电池(Zinc-air battery)是一类结构特殊的品种。负极采用了锌合金。而正极材料,则是空气中的氧。在储存时一般保持密封,所以基本上没有自放电。又称锌氧电池,有时也被称为锌空电池。由于锌空电池内部含有高浓度的电解质(氢氧化钾具有强碱性、强腐蚀性),一旦发生渗漏,将腐蚀电池附近部件,而且这种腐蚀可能是不可修复的,致命的。又因电池上有孔,电池在激活使用后存放时间又很短,所以锌空电池较易发生电池漏液。使用锌空电池的场合要及时更换耗尽的电池,经常检查电池状况,较长时间不用时取出电池。锌空气电池的电压为1.4V。
铅酸电池
又称铅蓄电池,是蓄电池的一种,电极主要由铅制成,电解液是硫酸溶液的一种蓄电池。一般分为开口型电池及阀控型电池两种。前者需要定期注酸维护,后者为免维护型蓄电池。蓄电池的原理是通过将化学能和直流电能相互转化,在放电后经充电后能复原,从而达到重复使用效果。铅酸电池的电压为2V。
胶体电池
胶体电池属于铅酸蓄电池的一种发展分类,最简单的做法,是在硫酸中添加胶凝剂,使硫酸电液变为胶态。电液呈胶态的电池通常称之为胶体电池。电液改为胶凝状。例如非凝固态的水性胶体,从电化学分类结构和特性看同属胶体电池。又如在板栅中结附高分子材料,俗称陶瓷板栅,亦可视作胶体电池的应用特色。胶体电池与常规铅酸电池的区别,从最初理解的电解质胶凝,进一步发展至电解质基础结构的电化学特性研究,以及在板栅和活性物质中的应用推广。胶体电池其放电曲线平直,能量比要比常规铅酸电池大20%以上,寿命一般也比常规铅酸电池长一倍左右,高温及低温特性要好得多。胶体电池的电压为2V。
镍镉电池
镍镉电池(Nickel-cadmium battery简称NiCd)这种电池以氢氧化镍(NiOH)及金属镉(Cd)作为产生电能的化学品。对比其它种类的蓄电池,镍镉电池的优势是:可以较小重量储存一定数量的能量、充电效率很高、放电时终端电压变化不大,内阻小及对充电环境要求不高。镍镉电池的缺点则是记忆效应及锅的重金属污染。镍镉电池的电压为1.2V。
镍氢电池
镍氢电池(NiMH)是由镍锅电池(NiCd battery)改良而来的,其以能吸收氢的金属代替镉(Cd)。它以相同的价格提供比镍镉电池更高的电容量、比较不明显的记忆效应、以及比较低的环境污染(不含有毒的镉)。其回收再用的效率比锂离子电池好,被称为是最环保的电池。但是与锂离子电池比较时,却有比较高的记忆效应。旧款的镍氢电池有较高的自我放电反应,新款的镍氢电池已俱有相当低的自我放电(与碱电相约),而且可于低温下工作(-20℃)。镍氢电池比碳锌或碱性电池有更大的输出电流,相对地更适合用于高耗电产品,某些特别型号甚至比镍镉电池有更大输出电流。
锂离子电池
锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。习惯上,锂离子进入正极材料的过程叫嵌入,离开的过程叫脱嵌;锂离子进入负极材料的过程叫插入,离开的过程叫脱插。和所有化学电池一样,锂离子电池也由三个部分组成:正极、负极和电解质。电极材料都是锂离子可以嵌入(插入)/脱嵌(脱插)的。锂离子电池的电压为3.6~3.7V。
锂离子聚合物电池
锂离子聚合物电池,也称聚合物锂电池,锂聚合物电池。是一种以胶状高聚物为电解质的可充电电池。避免了锂离子电池高温下容易爆炸的安全问题。相对于锂离子电池,锂聚合物电池的特点如下:1.无电池漏液问题,其电池内部不含液态电解液,使用胶态的固体。2.可制成薄型电池:其厚度可薄至0.5mm。3.电池可设计成多种形状,最大可弯曲90°左右。4.可制成单颗高电压:液态电解质的电池仅能以数颗电池串联得到高电压,而高分子电池由于本身无液体,可在单颗内做成多层组合来达到高电压。5.容量将比同样大小的锂离子电池高出一倍。锂离子聚合物电池的电压为3.6~3.7V。
磷酸锂铁电池
是一种锂离子电池的正极材料,也称为锂铁磷电池,特色是不含钻等贵重元素,原料价格低且磷、锂、铁存在于地球的资源含量丰富,不会有供料问题。其工作电压适中(3.2V)、电容量大(170mAh/g)、高放电功率、可快速充电且循环寿命长,在高温与高热环境下的稳定性高。磷酸锂铁电池的电压为3.2~3.3V。

数据来源:公开资料整理

    研咨询发布的《2020-2026年中国电池行业竞争战略分析及市场需求预测报告》数据显示:目前,全球电池需求仍以化学电池为主。其中,铅酸蓄电池具有性价比高、容量大、功率高、寿命长、安全可靠等优点,是目前世界上产量最大、用途最广的一种电池。

全球电池行业需求占比

数据来源:公开资料整理

    在铅酸蓄电池的产品结构中,启动型电池占比最大,比重接近一半;其次是动力型电池,占比逐年提升,有望与启动型电池持平;备用与储能型电池占比也有15%,有望成为未来电池行业的发展重点之一。

全球铅酸蓄电池产品结构占比

数据来源:公开资料整理

    从全球铅酸蓄电池产能规模来看,中国是生产大国,产量占全球的比重达到45%左右,其次是美国,产量占比约为32%,日本位居第三,占比接近13%。

全球铅酸蓄电池市场格局占比

数据来源:公开资料整理

    相比铅酸蓄电池,锂电池市场能够实现快速发展,则得益于近年来智能手机、平板电脑等的普及,以及电动汽车、电动自行车等新兴市场的崛起。

全球锂电池产品结构占比

数据来源:公开资料整理

    从锂电池市场格局来看,中国、日本和韩国形成了三足鼎立的局面,生产的锂电池占全球产量的90%以上。其中,日本以40%的比重暂时领先,成为全球最大的锂电池生产国。

全球锂电池市场格局占比

数据来源:公开资料整理

    全球电池行业将持续回暖。随着全球经济逐步复苏,下游市场需求释放,全球电池行业有望实现中高速增长。

    储能市场逐步形成。储能电池发展潜力巨大,但由于成本、技术、政策等原因仍处于市场导入阶段,相对于动力电池增长滞后。未来随着技术逐渐成熟、成本的逐步下降,储能市场也将有望成为拉动锂电池消费的另一增长点。

    电池企业逐渐重视回收体系。扩大再生资源的利用效率,通过将废旧锂离子电池中的镍钴锰锂等有价金属进行循环利用,生产锂离子电池正极材料,使镍钴锰锂资源在电池产业中实现循环,是规避原生矿产短缺及价格波动风险,实现经济可持续发展的有效途径。目前电池回收行业规范仍处于起始阶段,随着动力电池报废规模逐步增长、动力电池回收规则明确、回收渠道规范、动力电池拆解回收技术进步,锂电池梯次利用和报废回收的规模将逐年扩大。

    新材料体系不断成熟,三元体系将快速崛起。相比磷酸铁锂和低镍三元材料,高镍三元材料由于镍元素比例的提高,在比能量上有更大的优势,今后动力电池体系的升级换代将突出表现在三元锂电池领域。除了在技术路线上引入高镍三元材料之外,硅碳负极、复合隔膜、新型锂盐、石墨烯导电剂等新型材料也将更多的进行产业化应用。

    智能制造加速落地。在全球“智能制造”的大背景下,电池产品传统的制造工艺、分散订单发展模式等很难满足电池市场的高质量、一致性要求,只有瞄准高精度、全自动化、智能化的生产线制造方式,才能适应新市场。未来,电池制造企业对于设备自动化、智能化的需求将变得越来越紧迫。

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