LFP材料在5G基站储能的应用概况

LFP材料在5G基站储能的应用概况 一、 磷酸铁锂生产的技术水平与特点 LiFePO4的原料来源广泛、价格低廉、无毒，是新一代绿色环保锂电池正极材料。目前主流制备磷酸铁锂的方法主要分为：固相法如高温固相法、碳热还原法；液相法如水热法、溶胶-凝胶法。 固相法是目前研究最成熟的，同时也是大规模商业化应用的合成磷酸铁锂的方法。高温固相法是合成LiFePO4最为早见的一种方法，这种方法一般采用草酸亚铁为铁源，这种以Fe2+为铁源的合成方法具有工艺简单，制备条件容易控制的优点，但是生产出的产品也有晶体尺寸较大，粒径不易控制、分布不均匀，形貌也不规则，导致磷酸铁锂质量波动大。碳热还原法是由高温固相法衍生而来的制备技术，在原材料混合中加入碳源（淀粉、蔗糖等）做还原剂，以三价铁为铁源，碳源在高温煅烧中可以将Fe3+还原为Fe2+，避免了反应过程中Fe2+变成Fe3+，从而不必严格控制防止Fe2+氧化，降低了成本，较易于实现工业上的大批量生产。但是该制备方法反应时间相对较长，对条件的控制更为严苛。固相法最大的优点是制备条件相对较容易控制，工艺简单，设备成本较低，较为适合大规模工业化生产。但同时因原材料固相混合不均匀，化学反应产物颗粒较大，粒度分布范围宽，产品批次一致性较差的缺点。 液相法主要包括水热法、溶胶-凝胶法。通过使用大量有机络合剂，溶胶-凝胶法可以实现锂、铁、磷元素在原子或者分子水平的均匀分布，但是该制备方法成本较高，大规模生产难度较大。水热法的制备方法是在密封的压力容器中以水为溶剂，通过原料在高温高压的条件下进行化学反应，经过滤洗涤、烘干后得到纳米前驱体，最后经高温煅烧后得到磷酸铁锂。水热法制备磷酸铁锂具有容易控制晶型和粒径、物相均一、粉体粒径小、过程简单等优点，但对设备可靠性和工艺控制要求较高，对安全有着较高的要求，成本高，且不容易制备压实密度高的磷酸铁锂。液相法的优点是容易控制晶型和粒径，物相均一，过程简单，但由于对生产条件控制的要求较高，工艺复杂，设备造价高，其产业化难度相比固相法要大。 二、 磷酸铁锂正极材料行业面临的机遇 （一）各国纷纷出台燃油车禁售时间表，新能源汽车推广势在必行 在能源安全、温室效应、大气污染等因素影响驱动下，全球范围内推动新能源汽车的发展与普及、减少燃油车的销售与使用，已成为汽车行业发展重要趋势。全球多国正竞相淘汰燃油车，以更加清洁的电动或混合动力汽车取代。2019年，我国海南省正式印发《海南省清洁能源汽车发展规划》，制定了2030年全区域禁售燃油汽车的发展目标。能源与交通创新中心（iCET）发布的《中国传统燃油车退出时间表研究》中提出，有望于2050年以前实现传统燃油车的全面退出，尤其在特大型城市，公交车、物流车、出租车以及网约车市场或将提前实现全面新能源化，私家车领域则将在2030年前后完成这一目标。未来，随着保护环境的全球性协议以及禁售燃油车等各国政策的正式出台，汽车产业研发、生产的整个产业链重心从燃油车向新能源汽车转移，传统燃油车的逐步替代与退出已成为不可逆转的全球性趋势，新能源汽车市场的增长预期将带动锂电池及其材料的需求持续增长。 （二）国家支持新能源汽车行业的发展 十三五期间，在国家产业政策的支持下，我国新能源汽车产品不断丰富、配套设施不断完善，开启了快速发展的大潮。2015年以来，我国新能源汽车产销量、保有量连续五年居世界首位77。根据中国汽车工业协会统计数据显示，《中国传统燃油车退出时间表研究》，能源与交通创新中心（iCET）2020年，我国新能源汽车销量已达到136．7万辆，同比增长10．9%。 随着核心技术的突破和产业链的日趋成熟，我国新能源汽车正在从导向下的示范运行，向产业化、市场化方向快速发展，新能源汽车的市场渗透率将持续进一步提高。新能源汽车行业作为我国十四五重点发展的战略性新兴产业，是国家坚定支持的战略方向。2020年10月印发《新能源汽车产业发展规划（2021-2035年）》，提出我国新能源汽车核心技术达到国际先进水平，质量品牌具备较强国际竞争力。纯电动汽车成为新销售车辆的主流，公共领域用车全面电动化，燃料电池汽车实现商业化应用，高度自动驾驶汽车实现规模化应用，充换电服务网络便捷高效，氢燃料供给体系建设稳步推进，有效促进节能减排水平和社会运行效率的提升的发展愿景。 （三）内生动力增长促进新能源汽车产业链长远健康发展 随着新能源汽车补贴政策的大幅退坡，拉动新能源汽车消费的最大内生动力将源于消费者的主动购买，有利于促进整个新能源汽车产业链良性发展。新能源汽车内生动力最主要体现在三个方面：①随着国民收入水平提高所带来的生活质量改善方面的消费要求；②随着三孩政策80的落实所带来的新增人口的消费需求；③开拓二手车市场、汽车金融、报废更新和农村市场带来的增量需求。目前新能源汽车产业发展的阶段基本上是在各项扶持政策的基础上实现的，未来随着居民收入的提高、新增人口消费需求的释放及新需求领域的开发，新能源汽车行业内生动力带来的拉动效应将更有利于整个产业链的健康发展。 （四）产业生态的日益丰富，推动行业向纵深方向发展 宁德时代CTP、比亚迪刀片电池等锂离子动力电池制造技术的突破有力的推动了磷酸铁锂电池的应用推广；磷酸铁锂电池在Model381、比亚迪汉82、宏光MINI83、小鹏P784等车型的应用促使磷酸铁锂技术路线更加受到终端消费市场的认可；新能源汽车价格的降低、充电桩的广泛部署、快充技术的进一步推广、换电模式发展等都将为搭载磷酸铁锂电动汽车创造更便捷高效的使用环境。以上技术进步、产品性能的提升及使用环境的改善使得新能源产业生态日趋丰富，有助于产业链达成共识与长期合作，推动行业向纵深方向发展。 （五）产业链发展日趋完善，联动优势明显 磷酸铁锂正极材料产业居于新能源汽车产业链的中上游，其上游为碳酸锂等产业，下游为动力电池等锂电池产业，终端为新能源汽车产业。经过多年发展，国内新能源汽车产业链已十分成熟。因此，正极材料行业可充分利用上下联动效应，以降低各环节成本，同时亦能促进整体产业链良性循环，增强国家新能源产业链国际竞争力。 三、 磷酸铁锂电池材料行业竞争格局 从市场竞争格局上看，与负极、隔膜、电解液等相比，正极材料市场集中度相对较低，但目前磷酸铁锂材料市场集中度高，主要原因为。（1）受国家早期补贴政策影响，新能源汽车动力电池市场重心转移至三元电池，带动磷酸铁锂电池及材料相关产业链需求下降，导致上游磷酸铁锂材料企业数量大幅减少；（2）磷酸铁锂电池能量密度以及续航里程弱于三元，之前市场对于磷酸铁锂电池需求少，磷酸铁锂材料企业的市场话语权较弱，导致磷酸铁锂材料企业较少，因此在2020年磷酸铁锂材料需求骤增时，可提供高性价比材料的企业数量有限，因此集中度较高；（3）目前我国缺乏核心竞争力的中小企业逐渐退出市场，而一些锂电池正极材料制造商凭借着前驱体核心制备技术占据着市场主要份额，市场竞争加剧且集中度不断上升。 四、 LFP材料在5G基站储能的应用概况 新能源发电并网配套储能、5G基站备用电源储能市场增幅明显，带动发电侧和用户侧储能在电化学储能市场占比提升。综合考虑锂电池性能及储能的度电成本，目前国内已投运的电源侧储能项目多采用磷酸铁锂电池，另外从三大运营商5G基站建设规划及招标项目要求来看，磷酸铁锂电池成为基站备用电源储能电池最优的选择。 工信部36于2020年8月表示，推动磷酸铁锂储能电池在通信基站的使用，对于促进通信行业绿色与高质量发展具有积极意义。从官方层面确认了LFP在5G基站储能应用领域的主导地位。 2020年，我国5G基础设施建设全面铺开。根据工信部《2020年通信业统计公报》37数据显示，截止到2020年底，我国5G基站总数已达到71．8万个。根据兴业银行研究披露，预计到2025年，我国5G基站数量将达到816万个。以一个5G基站单站功耗2，700W左右、应急4小时进行估算39，2021-2025年，5G基站储能市场将提供15．5GWh的磷酸铁锂电池需求空间，对应的LFP材料需求约3．6万吨。 五、 锂电池正极材料市场概况 目前，我国已经成为全球锂电池正极材料行业主要的制造国之一，也是最大的磷酸铁锂及三元正极材料生产及使用国，并成为世界最大的钴酸锂及锰酸锂材料出口国。 （一）市场需求旺盛 据高工锂电（GGII）统计15，2020年中国锂电池正极材料总出货量为51万吨，同比增长27．0%。其中，三元正极材料出货量23．6万吨，同比增幅23．0%；磷酸铁锂材料出货量12．4万吨，同比增长41．0%；钴酸锂材料出货量8．7万吨，同比增长31．8%；锰酸锂材料出货量6．6万吨，同比增长15．8%。 尽管2020年年初遭遇疫情，但正极材料全年仍保持较高的增长速率。从需求端来看，动力电池部分主要是受到补贴刺激及碳积分的压力，欧洲新能源汽车年销量增长超过100%16，拉动众多电池企业出货提升，进而带动国内正极材料出货量的增长。非动力电池部分主要受疫情影响，全球居家办公比例提升导致办公用的平板电脑、笔记本需求大幅增加，再叠加5G手机换购、TWS、智能穿戴等终端需求增长，进而对钴酸锂材料需求拉动显著。随着电动工具市场产业链向国内转移、储能和小动力细分市场整体大幅度增长，更加带动了正极材料市场的需求。 此外，随着新能源汽车补贴持续退坡等因素的叠加，LFP的性价比优势显现，市场需求更为旺盛。2020年NCM正极材料占比略微下滑，磷酸铁锂占比由22%上升到25%17。 （二）行业集中度：LFP上升，NCM下降 从市场竞争格局来看，正极材料市场集中度较负极材料、电解液、薄膜等其他锂电池材料低，CR10仅56%18。 从细分市场来看，2020年LFP材料CR5提升了近9个百分点，达到83．4%。19受近几年国家新能源汽车补贴政策的影响，动力电池市场重心从LFP转移至NCM，带动LFP电池及材料相关产业链需求下降，导致上游LFP材料企业数量大幅减少。而随着补贴政策退坡、市场需求骤增时，可提供高性价比LFP材料的企业数量有限，因此集中度出现显著提高。而且这些LFP头部企业在市场需求低迷阶段，经过技术储备和产品调整后，具备更强的竞争力与优势。 2020年，NCM材料CR5为43．4%，较2019年下降7%，20市场竞争格局较为分散。正极材料行业作为典型的制造业，龙头的低成本优势是驱动行业集中度提升的重要因素。对于NCM材料而言，原材料成本占比在90%左右，远高于负极（43%）和隔膜（30%）。正极原材料锂、钴、镍各家采购价格差异小，同时较低的制造和人工成本占比导致各家难以通过规模效应和工艺差异在制造及人工成本方面拉开差距。因此NCM各生产商营业成本差异小，龙头企业难以通过低成本优势提升份额。此外，受惠于近几年的补贴政策，有更多新厂商进入NCM制造行业，也加剧了行业竞争格局。 （三）动力领域铁锂三元并行，非动力领域铁锂应用广阔 LFP胜在安全性、循环寿命及成本优势明显，NCM优势在大容量、高能量密度和快充效率更高。两种材料的元素属性决定了他们有各自的领域。在动力电池领域，LFP在客车和商用车市场占绝对主导地位；乘用车市场，中高端乘用车型及主打差异化、品牌化的车型，更多的使用NCM电池。随着补贴退坡的政策利好及锂电池结构创新如CTP或刀片电池的技术支持下，LFP应用场景逐渐扩大，凭借其较高的性价比和安全性在乘用车市场不断由中低端车型向中高端车型渗透。在乘用车市场，LFP市场占有率将逐步接近NCM。在非动力电池领域，LFP凭借其安全性及循环寿命的优势，具有较为广阔的应用空间，并随着技术的成熟和成本的降低，逐步对铅酸市场进行替代或对新能源发电端的储能市场进行渗透。同时，5G等新产业需求进一步打开LFP应用空间。未来，锂电池在非动力电池领域的增量将为LFP市场提供广阔增量。 六、 磷酸铁生产的技术水平与特点 液相法是生产磷酸铁普遍采用的制备方法，可以细分为水/溶剂热法、共沉淀法及溶胶-凝胶法。共沉淀法的加工工艺和设备较为简单，兼顾了能耗、安全