全球动力锂电池市场资料
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全球动力锂电池企业竞争分析
一、全球动力锂电池产业
统计全球主流电动汽车,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)外,更多的公司专注于较大容量锂电单体的研发,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的锂电单体。
通过对单体电池进行串并联,提升动力电池组容量,需要通过BMS 对单体电池进行安全监测。汽车厂商在电池单体容量和串并联个数上寻求平衡。
2013年全球主要电动汽车搭载动力电芯情况
目前普遍采用的锰系(包括LMO和三元系)单体工作电压均在以上;LFP 的工作电压在电芯容量
HEV车型在全球范围内推出最多,由于对电池容量需求不高,多以10Ah以下的单体电芯为主;
PHEV和BEV车型,多采用20Ah及以上单体电芯,高于40Ah的大容量单体电芯在中国应用较为普遍,尤其比亚迪应用于E6和K9等车型上的LFP单体电芯容量达到200Ah,工作电压;
2013年全球主流电动汽车单体电池容量分布
电芯结构
全球动力电池厂商主要采用了方形电芯结构,全球150款电动汽车,方形电
池占比超过一半,代表车型包括三菱iMiEV,宝马i3,丰田Pruis等;而特斯拉Model S采用的松下18650型电池则是圆柱形动力电池的代表;铝塑膜软包电池的代表则是日产Leaf和通用Volt。
全球主流电动汽车电池封装结构
铝塑膜软包电池(Enerdel,LGC,A123,AESC,万向,中信国安等)其优点包括:
(1)安全性能好:软包电池在结构上采用铝塑膜包装,在发生安全隐患的情况下软包电池最多只会鼓气裂开,而不像钢壳铝壳电芯那样会发生爆炸。
(2)重量轻:软包电池重量较同等容量的钢壳锂电池轻40%,较铝壳锂电池轻20%。
(3)容量大:采用软包装节约体积20%以上,比容量提高50%。
(4)内阻小:软包电池的内阻较锂电池小,可以极大的降低电池的自耗电。
(5)设计灵活:外形可变任意形状,可以做更薄,可根据客户的需求定制,开发新的电芯型号。
目前主流电池封装主要采用三种结构
圆柱形(代表厂商,江森自控,A123,三洋,索尼等)主要特征:
(1)自动化生产工艺成熟,产品良率高,pack成本较低;
(2)采用圆柱形的电池组一致性强,电池组能量密度较高;
(3)电池组直径较大,电芯内部积累的热量难以释放,存在安全问题。
方型硬壳(代表厂商,SDI,AESC,力神,ATL,日立,LEJ等)主要特征:(1)壳体采用铝合金、不锈钢等,内部采用卷绕式或者叠片式;
(2)对电芯的保护作用强于铝塑膜电池,电芯安全性相对圆柱型电池有较大改善;
(3)壳体较重导致电池组能量密度有限,自动化生产程度低,产品良率低,一致性较差;
电芯供应链
动力电池上游原材料仍然被外国企业垄断
正极材料,特斯拉采用的松下NCA电池,其配套的高镍系NCA材料被日韩企业如住友金属、户田工业和日亚化学所垄断;
负极材料,石墨材料仍然是动力电池使用量最大的负极材料,目前已出现其
他的新型负极材料取代石墨材料的技术动向,新型碳系材料(MCMB,硬炭,软炭)、LTO 、硅基合金材料:
动力电池上游原材料仍然被外国企业垄断
以往动力电池大多采用干法工艺生产的PP/PE/PP三层复合隔膜,目前已大量使用涂覆有机或无机涂层的湿法PE隔膜:此外,新进入的厂商注重于研发无纺布隔膜。目前全球动力电池隔膜主要由全球最大的几家隔膜厂商,旭化成、Celgard、宇部兴产供应,已经开始大量采用陶瓷涂层隔膜技术,以更加适应动力电池的性能需求。
国际动力电池电解液大多被外国厂商所垄断,尤其在高电压电解液领域,如专注于动力锂离子电池电解液业务的富山药业产品80%供应AESC,宇部兴产大客户是三洋电机(被松下收购)。传统电解液工作电压在以下,在以上就会发生解体,为适应高电压正极材料的需求,高电压电解液是未来的技术趋势。
国内动力电池原材料产业链配套不完善
杉杉股份中间相碳微球(MCMB)产品获得德国赢创(Evonik)的认可,实现批量供货。
国内隔膜厂商技术相对落后,主要面向本土动力电芯企业,沧州明珠、星源材质进入了比亚迪、中航锂电、苏州星恒等动力电芯厂商的供应链。
国内电解液厂商技术水平距离国外还有一定差距,主要面向本土动力电芯厂商,如广州天赐主要客户有合肥GuoXuan、沃特玛等车用动力锂离子电池厂商,东莞杉杉主要客户是比克、力神、ATL等。
动力锂电池产业结构分解,中国恐沦为代工厂
电池材料环节:高端材料主要被日韩垄断,中低端的主要在中国生产,电池材料毛利下滑明显,材料成本与基础原材料价格直接相关;
电芯环节:低端电池陷入价格战泥沼,18650电池价格下跌空间有限,软包和方形电池成品率低、设备成本高,另外还有高昂的售后成本;
Pack、BMS、测试及认证环节:欧美等国电池及材料生产能力较弱,为此欧美国家主要切入Pack、BMS、以及动力电池测试和认证等环节,向全球推行电池安全、测试和认证标准锂电池测试环节成本高昂,一条测试线造价在500万以上
电芯/电池包成本
新能源汽车电池储能成本居高不下
三元系价格最高,改性LMO由于混合高镍三元材料成本也较高,LMO和磷酸铁锂储能成本较低。特斯拉所使用的NCA电池用于沿用了卷绕式的18650型,技术工艺成熟,便于机械化生产,成本远低于其他电池;
混合动力汽车电池组成本占比较低,一般在10-15%;插电式电池组成本一般35%-40%,而纯电动汽车电池组成本一般高达50%。除汽车电池储能成本外,配套的BMS、ECU等也是一笔高昂的支出;
技术路线
目前全球动力电池主要有三个技术路线
注:* 满分为5分,价格越高评分越高,安全性越高评分越高
(1)锰系,主要采用LMO作为正极材料,但一般经过改性处理,并混合少量NCM或LNO提高电池能量密度,主要代表厂商是LGC、AESC、LEJ等,在中国主要是中信国安盟固利,目前已成为全球电动汽车领域的主流技术路线。
(2)三元系,主要采用NCA和NCM作为正极材料,NCM电池能量密度高,但成本高于LMO电池,主要代表厂商是SDI、SKI,在中国主要是力神、万向等;NCA 采用18650型电池,主要应用于特斯拉,能量密度在目前是最高的,但由于安全性能较差,需要先进的BMS以监控电池工作状态,并未被广泛采用。
(3)LFP,美国和加拿大最先开始研发的动力电池技术,主要专利主要拥有者包括,美国Valence、A123、德州大学、加拿大Phostech和魁北克水电公司;目前中国众多的动力电池厂商均采用LFP技术,但由于LFP电池存在诸多问题,并未被全球广泛采用。
高压、高能量密度正极材料是未来主要发展趋势