动力锂电池技术路线尚不成熟

动力锂电池技术路线尚不成熟 一、 动力锂电池技术路线尚不成熟 近年来，以纯电动汽车为代表的新能源汽车发展迅速，其关键部分动力锂电池的技术也得到了长足发展。但方形、圆柱和软包三种电池形态各具优势，正极材料包括磷酸铁锂、三元材料和锰酸锂等，特点各异。在电池组装方案方面，各家锂电池企业的技术方案也未能实现完全统一。因此，下游锂电池行业技术路线的不确定性会对精密安全结构件行业的发展前景带来一定的风险。 二、 电解液行业有望提前进入洗牌期 电解液是锂离子电池四大主材之一，理想的电解液需要具备高电导率、高热稳定性、高化学稳定性、高电级兼容性、低成本等特性。电解液是锂离子电池中离子传输传导电流的作用，是电池充放电能顺利进行的基本保障。首先要起到良好运输离子作用，电解液需要具备较高的电导率；此外，电解液还需要具有较高的热稳定性和化学稳定性，不会轻易发生热分解，在较宽电压范围内能保持较为稳定的温度，在长循环时自身不发生化学反应；第三，电解液需要与电机拥有很高的兼容性，能在负极上形成稳定的SEI膜；最后，大批量使用的电解液需要具备绿色、低成本等特点。 电解液的选择会影响电池各项主要性能，尤其是倍率性能、高低温性能、循环次数。（1）能量密度：虽然电极材料是决定锂离子电池比容量的先决条件，但电极材料的嵌、脱锂过程和循环过程始终是与电解质相互作用的过程，电解质也在很大程度上影响电极材料的可逆容量；（2）内阻：电池内阻为欧姆内阻、电极/电解质界面电阻和极化内阻之和，其中前两项皆与电解液有关；（3）倍率性能：电池的倍率充放电性能取决于锂离子在电极材料中的迁移率、电解质的电导率、电极/电解质相界面的锂离子迁移率，其中后两者都与电解液的组成和性质密切相关；（4）高温性能：电池的高温性能主要取决于温度升高时电极/电解质相界面的副反应剧烈程度，需要提高电解质在高温情况下的稳定性；（5）循环寿命：电池老化的原因包括活性比表面积减小、活性物质脱落、某些材料在电解质中被腐蚀、隔膜破损、电解质出现过多杂质，均与电解液对电极材料的浸润及电解液的性质有关。（6）安全性：锂离子电池在大电流充放电的情况下可能导致温度快速升高，如果能研发出不燃烧的电解质体系，可从根本上消除电池的安全隐患。 电解液行业具备投资强度低、周转率高、龙头净利率较高的特点，ROE具备优势。根据各公司非公开发行等募投资金情况，电解液一体化产线单GWh投资额仅213万元，电解液具备轻资产快周转特征。为了剔除2021年以来碳酸锂大幅涨价对行业利润分配的影响，选取锂电池产业链已经较为成熟的2020年为例，电解液龙头企业天赐材料净利率达到12%，对应单GWh净利432万元，静态投资回报期仅需要0．49年，在锂电池全产业链中电解液龙头的ROE具备明显优势。 电解液的用量会对电池容量、循环寿命、安全性能产生影响。电解液添加量至少应该保证隔膜被浸润充分，否则会导致活性物质的充放电容量发挥较低；电池在循环过程中电解液会因为副反应受到消耗，而电解液含量过少会导致导电率降低，加速局部电解液的分解或者挥发，加快恶化电池循环性能；同时电解液量过少时，电池内阻大，发热多容易导致电解液迅速分解产气，隔膜融化，造成电池气胀短路爆炸。因此未来常规电池中的电解液用量预计将保持较为稳定水平，高安全性、长循环寿命电池的电解液用量有望得到提升。 三、 技术进步加快步伐，先进产品层出不穷 骨干企业围绕高效系统集成、超大容量电芯等方向加快布局，先进电池产品系统能量密度超过250GWh/kg；柔性、耐低温、防水性的新型电池产品在冬奥装备上成功应用；新一代信息技术与新型储能产品进一步融合，智能液冷技术等显著增强储能系统热管理水平，降低系统安全隐患。 四、 行业投资热情高涨，全链加强协同合作 据不完全统计，2022年仅电芯环节规划项目40余个，规划总产能超1．2TWh，规划投资4300亿元。上游产品价格高位震荡，锂电二阶材料价格反复冲高回落，电池级碳酸锂、电池级氢氧化锂（微粉级）2022年均价分别达48．1万元/吨、46．4万元/吨。锂电企业通过投资参股、签订长单、联合攻关等多种形式，加强产业链上下游合作。 五、 储能行业迅猛发展 如今，储能行业已经从附属于光伏发电、风力发电的一个分支，逐渐独立出来，成为独立的投资主题，受到投资者们越来越多的关注。储能行业也从商业化起步逐渐走向了规模化发展。随着国家、地方层面储能政策的密集出台，各环节储能发展模式正在走向成熟。形成了围绕电池开展，主要包括上游原材料及零部件的供应商，中游的电池、变流器、管理系统、其他设备和系统集成，下游包括发电侧、电网侧、用电侧的应用场景。储能的产业链逐渐成熟，叠加政策支持，将迎来快速发展期。 随着技术的进步与产能的扩张，近年来风电、光伏的发电成本与锂离子电池的制造成本降幅显著，在新能源上网侧平价的基础上，当前全球正朝着新能源+储能平价的方向快速前进。另一方面，储能在电力系统中的定位与商业模式正日渐清晰，目前美国、欧洲等发达地区储能市场化发展的机制已基本建立，新兴市场的电力系统改革亦持续加速，储能行业规模化发展的条件已经成熟。 随着新能源汽车产业的快速发展，动力锂电池成为拉动行业增长的主要原因。然而，动力电池容量会随着使用次数的增加而不断降低，电量衰减至80%之后就无法满足为新能源汽车提供动力，而不得不面临淘汰，便只能进入回收处理阶段。预计2023年退役的废旧电池将超过20万吨，回收废旧电池的相关产业规模就达到140亿元，回收废旧锂电池会成为锂电池衍生产业中较为重要的一环。一方面，锂电池是由镍、钴、锂等重金属原料组成，随意丢弃会对自然环境造成巨大危害，也不符合中国的环保政策要求。另一方面，镍、钴、锂是不可再生资源，也是中国的重要战略资源，自然中提取工艺复杂且含量稀缺，且提取量远低于废旧电池提取量，如果废旧锂电池得到充分回收，将大幅减少现行的挖掘成本，且对环境友好，利于提高可持续发展。 既然是未来一片光明的行业，自然也少不了各大企业的布局。目前动力电池回收利用市场的参与方可以分为四类：第一类是以比亚迪、吉利汽车等为代表的汽车生产企业；第二类是以宁德时代、南都电源等为代表的电池及储能企业；第三类是以格林美、天齐锂业等为代表的电池材料企业；第四类是以天奇股份、旺能环境等为代表的第三方企业，都在不断地加大投入，以期在未来电池回收赛道提速后，获得更多的加速度。 总的来说，从1991年索尼发布首个锂离子电池至今，锂电池行业已经走过了31个年头我国在锂电池行业已经从追赶者变成领先者，且与其他国家的差距也越拉越大。 之所以我国可以在新能源领域有如此大的成果，一方面是为了实现双碳目标的努力，谁都知道牺牲环境发展经济的方式，不是长久之计，但是没办法，当时的形势，要技术没技术要人才没人才，不牺牲环境发展低端制造业，国家就得不到发展，人民就很难得到好的生活条件。随着竭泽而渔式发展经济，传统汽车排放的尾气，以及传统的铅酸电池带来的环境污染的恶果逐渐显现，这直接加剧了人们对清洁能源的渴望。 石油是重要的战略资源，石油储备对每个国家都很重要。然而，我国石油储量并不丰富且开采技术难度也很高，需求大部分需要依靠进口来满足，曾经还在能源方面被国外各种掣肘，可以说能源危机始终伴随着国家的发展。近些年，随着经济快速发展，汽车保有量持续飙升，我国已经成为石油第一消费大国，石油缺口也就越来越大，使我国的经济发展时刻面临国际形势的影响。而随着国家的工业基础基本完善，锂电池的诞生并在中国扎根发展，有了摆脱能源的制约，让国家经济又快又好的发展希望，自然会吸引到国家政策、企业、资本等各方面的投入，为锂电池行业从落后到领先的跨越提供充足条件。综上来看不管是能源危机还是环保政策都是锂电池发展的动力，并且市场需求也在逐渐增加未来发展前景向好。但是，锂电池的制造离不开锂，全球的锂资源如同石油一样是有限的，并且中国锂资源相对缺乏，因此中国电池级锂材料市场缺口较大，许多锂电池企业的锂电池生产材料都要依赖于国外补足。 目前，根据美国地质调查局统计（USGS-2021），全球已探明锂资源储量约为8600万吨，主要集中在南美锂三角（玻利维亚、智利、阿根廷），中国占比5．7%左右，这对高速发展的锂电池行业来说，是远远无法满足的。因此，中国许多锂资源企业开始转向海外投资，如赣锋锂业就投资了墨西哥、爱尔兰、阿根廷等国的锂资源项目，天齐锂业投资了澳大利亚、智利等国锂资源项目。 目前，中国相关企业已掌握了全球一半以上的锂矿资源，但在全球锂资源需求快速扩大的趋势下，全球锂资源拥有国相关部门都会加紧对本国锂资源的调控，比如今年美国通过的《通胀削减法案》相关条款规定：即自2024年起，将全面禁用产自中国的电池组件，自2025年起，全面禁用产自中国的矿物原材料。所以为了保证自己国家有足够的锂矿生产锂电池，未来全球锂资源争夺战将进一步加剧。 2022年，我国锂离子电池行业坚持供给侧结构性改革，加快技术创新和转型升级发展，不断提升先进产品供给能力，总体保持快速增长态势。 六、 全球锂电池电解液出货量 预计2025年全球锂电池电解液出货量有望超过250万吨。关键假设：（1）2023年起国内电动车销量保持30%的同比增速；欧洲新能源车销量在2022年由于汽车供应链问题受到压制，预计2023年起保持30%的同比增速；美国新能源车基数较低，预计2023-2025年增速分别为60%、50%、40%。（2）动力电池中三元电池占比从2021年的73%逐步下降至40%，磷酸铁锂电池占比逐步上升至50%；二轮车电池磷酸铁锂电池占比从2021年的23．4%逐步上升至2025年的30%；电化学储能电池中磷酸铁锂电池占比保持在95%。（3）由于长续航储能电池及高安全性动力电池需要保持较高的电解液用量，预计未来几年电解液单耗保持不变，磷酸铁锂电池单GWh电解液消耗量为1200吨，三元电池单GWh电解液消耗量保持在800吨。 电解液生产流程主要为化工生产过程，原料的选择和生产是影响电解液性能和成本的关键。相比需要烧结的正极、需要石墨化的负极、需要拉伸分切对设备要求高的隔膜，电解液在溶质、溶剂、添加剂生产完成后只需按照配方进行混合罐装，生产流程主要为化工生产过程。从性能端来看，电解液的产品性能主要取决于溶质的种类选择、添加剂体系的性能、溶质溶剂的产品纯度；从成本端来看，电解液的降本途径主要包括原料生产路径的创新、副产品的梯次利用、原料制造的规模效应。因此电解液的性价比主要取决于溶质、溶剂、添加剂三大原料的选择和生产是否具有优势。 七、 锂电池行业未来的发展趋势 作为一种高安全、高比能量、长寿命的储能器件技术，固态电池已经成为新型化学电源领域的重要发展方向。而锂金属由于其高比容量和低电极电势等优点被认为是下一代高比能量电池体系中最有潜力的负极材料。但是由于前文提到的固态锂电池的技术还不够成熟，安全隐患让它应用困难。 如果固态锂电池技术能够成熟，将大幅度提高锂电池的储能量和充电速度，进而推动新能源产业的进一步发展。比如，一旦固态锂电池应用到新能源汽车领域，电动汽车的续航里程提升一倍以上，充电速度也优于锂离子电池。因此，固态锂电池是当前电池行业创新突破性技术的重要发展方向。 自2015年以来，方形电池占据动力锂离子电池市场份额第一的位置从未改变过，并且总量遥遥领先，这与其特殊的性能密不可分。作为动力锂离子电池三剑客之一，方形电池具有内阻小、循环寿命长、封装可靠度高、耐受性好、成组相对简单、系统能量效率高等优点，曾经被认为是最适合新能源汽车使用的电池设计，多年来一直受到电池和整车公司的酷爱。 对快充来讲，方形电池具有优越性，它电池内阻比较小，所以温升比较容易控制。同时，方形电池能够满足大容量单体电池的需求，对bMS和PACK的设计要求较低。2018年以来，动力锂离子电池公司纷纷加大布局方形电池，随着国家政策和市场有关动力锂离子电池能量密度、轻量化等多方面性能提出更高要求，方形电池产量不断攀升。2021年我国方形电池装机量已达134GWh，同比增