一张图看懂锂离子电池

海亮股份 格林美 中国中冶 金岭矿业
Source：安泰科
18 石墨
中国石墨矿资源相当丰富。全国20个省(区)有石墨矿产出。探明储量的 矿区有91处，总保有储量矿物1.73亿吨，居世界第1位。从地区分布 看，以黑龙江省为最多，储量占全国64.1%，四川和山东石墨矿也较丰 富。
锂电池和核能对原材料方面的需求占了石墨下游消费的9%
锂电池 行业分析研究报告
新材料在线 产业研究院
01 目录
1. 锂电池概况 2. 锂原材料 3. 正极材料 4. 负极材料 5. 电解液 6. 隔膜
04
锂电池概况
02 锂电池概况
锂离子电池是一种二次电池（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。在充放电过程中，Li+ 在两个电极之间往返
10000吨/a
3
北京当升材料科技股份有限公司 10000吨/a
4
天津巴莫科技股份有限公司
7000吨/a
5
湖南瑞翔新材料股份有限公司 12000吨/a
目前全球1年锂的消费量大约是16万吨碳酸锂当量，其中有5万吨应用于 电池领域。按照60KWH车型计算，如果产量达到50万辆的水平，那么相 当于电池级碳酸锂/氢氧化锂需求增加50%。而2013年全球新能源汽车 （PHEV+EV）销量已达到18万辆
价格分析
Source：海通证券研究所
工业级碳酸锂含量低于99%，技术级碳酸锂纯度99%，而电池级碳酸锂纯 度99.5%，涵盖了75%的锂电市场，售价在6500美金/吨。纯电动车级碳 酸锂纯度99.9%，覆盖了15%的锂电市场，售价8500美金/吨。EV Plus 级 碳酸锂纯度则达到了99.99%，占据10%锂电市场，售价15000美元/吨
1.8% 1.9% 2.8% 3.0%
15.9%
5.5% 6.0%
7.5% 14.3%
三星SDI LG化学 松下
索尼
ATL
力神
比亚迪 光宇
Maxell BAK
其他
Source：SNE
07 2014中国前五家锂电池企业
2014 年我国锂离子电池产业格局排名前两 位的仍然是比亚迪和天津力神，2014 年营 业收入均突破40 亿元，同比增长超过 20%；光宇国际和海特电子分别位居三、四 名，2014 年应用收入在20 亿元附近，与前 两位的差距十分明显；深圳比克2014 年营 业收入大幅下降至7.5 亿元。
21 正极材料
主要正极材料性能对比及主要车企材料选择
分子式 电压平台
比容量 振实密度
优点
缺点
钴酸锂 (LCO)
LiCoO2
3.7 150 2.8-3.0 充放电稳 定，生产 工艺简单 钴价格昂 贵，循环 寿命较低
镍钴锰酸锂 （NCM）
LiNixCoyMn1 -x-yO2 3.6
160
2.0-2.3
2020年电池正极材料 （消费品）所占比例
6% 8%
16%
42%
2020年电池正极材料 （电动车）所占比例
10%
15%
37%
28%
38%
NMC LCO LMO LNO LFP
NMC
LMO LNO LFP
Source：三井株式
23 正极材料
或受益于动力电池的爆发，三元材料在正极材料市场中的份额 不断提升。
能量密度低， 低温性能 高温性能差，安
电解质相容性 较差，放 全性能差，生产
差
电电压低 技术门槛高
Source：动力锂离子电池及其正极材料的研究进展
车企 车名
特斯拉 宝马
通用
丰田
Model S I3 雪佛兰Volt Prius锂电版
日产 Leaf
比亚迪 E6
电动车辆种类 纯电动
纯电动
增程式混 动
电池供应商 松下 三星SDI
序号 公司名称
1
ATL
销售收入 （亿元）
90
产量 （亿只）
1.9
2 比亚迪
3 天津力神
4
光宇
5 深圳比克
45 40.5 21.5 7.5
2.3 1.6 —— 1.64
Source：赛迪智库，中国化学与物理电源行业协会
08
锂原材料
09 锂电池上游原材料
①
①
上游 原材料 钴矿
锂矿
① 石墨矿
中游
电池材料 及电芯
山东 青海
云南 山西
Source：千讯咨询
17 钴
在钴的下游消费结构中，锂电池的份额最大，约占42%。但由于钴价格 高，所以锂电池正极材料发展方向是尽可能减少钴的使用
全球钴下游消费结构
3%
4%
7%
7% 9%
9%
19%
42%
化学电池 陶瓷色釉料
高温合金 磁性材料
硬质合金
催化物
粘结剂，干燥剂 其他
世界主要钴供应商
锂离子电池应 下游应用产品 用领域 手机
笔Leabharlann Baidu本
现有应用领域
相机
电动工具
电动自行车
储能领域 新兴应用领域
新能源汽车
06 锂电池市场份额
2014全球锂电池市场份额情况
4.0%
34.0%
27.0%
35.0%
Source：赛迪智库
中国 日本 韩国 其他
2014全球锂离子电池主要企业市场份额
20.9%
21.0%
电化学性能稳 定，循环性能
好
用到一部分金 属钴价格昂贵
锰酸锂 磷酸铁锂 镍钴铝酸锂 （LMO） （LFP） （NCA）
LiMn2O4 LiFePO4
3.7
3.8
3.3
3.7
120
150
170
2.2-2.4
1.0-1.4
2.0-2.4
锰资源丰富， 价格较低，安
全性能好
高安全性， 环保长寿
高能量密度，低 温性能好
17%
澳大利亚
Murrin Murrin、XNA
2600
8%
3532
55.4%
刚果
Tenke Fungurume
12700
7.7%
总和
2493
19.1%
古巴
Moa
1660
-13.4%
马达加斯加
Ambatovy
833
323%
2013年1-11月赞比亚钴产量同比增加17%，达到5857吨
中国主要钴相关企业
缺点： 温度影响电池容量 安全性能不好 应用领域： 消费电子 电动交通工具 大型动力电源 二次充电及储能领域
03 锂电池产业链分析
上游
原材料
① 钴矿
① 锂矿
① 石墨矿
中游
电池材料 及电芯
正极
电解液
负极
隔膜
电芯制造与pack封装
下游
应用领域
消费电子动力电池
05 锂离子电池的应用
嵌入和脱嵌：充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处
于富锂状态；放电时则相反。电池一般采用含有锂元素的材料作为电
极。
钴酸锂、三元材料、
锰酸锂或磷酸铁锂
锂离子自由 通过，电子 不能通过
石墨或其他负 极材料
优点： 输出电压高（3.6V) 能量密度大 自放电小，循环寿命长 无记忆效应，可快速充放电 无有毒有害物质
9.77万吨 20万吨
3万吨 4.57万吨 2.22万吨
在锂的下游用途中，锂总比例的29%主要应用于电池
图：锂下游用途占比
Source：USGS
原铝生产 其他 聚合物生1%产 10% 空气净化 5% 5% 连铸结晶器保 护渣粉 6% 润滑脂
9%
陶瓷和玻璃 35%
电池 29%
Source：USGS
14 锂行业产业链
三种动力用正极性能比较
正极材料 能量密度 安全 循环寿命 成本 高低温性能
锰酸锂
居中
较好
一般
最低
高温下最稳 定
三元材料 最高
一般
一般
最高 容易热分解
磷酸铁锂 最低
最好
好
居中 低温性能差
目前镍钴锰三元材料主要仍是和钴酸锂、锰酸锂等掺杂使用于手机、平板 电脑及小型动力电池领域，未来的市场份额预计将进一步提高，新能源汽 车领域将成为其主要市场之一，而钴酸锂的市场份额将减少。
电动汽车中，锂电成本占比最大，接近一半，而锂电成本中，又以正极 材料的价值量占比最大，一般占比30-40%。
新能源汽车成本分析
动力电 池, 50%
负极 其他, 材料, 18% 10%
电解
液,
17%
正极 材料, 30%
隔膜, 25%
Source：IIT
15 国内锂行业重点企业
天齐锂业 赣锋锂业
国内锂行业重点企业
3.6
4.4 5.6 7.1 8.9
隔膜（亿平方米） 2.3 2.8
3.4 4.3 5.5 6.9
电解液（万吨） 2.4 2.9
3.5 4.4 5.7 7.1
Source：SNE
12 锂行业产业链
锂矿石
盐湖锂卤水
焙烧法
加压 法
硫酸法
蒸发法
工业级碳酸锂
吸附法
煅烧法
氢氧化 锂
锂基酯
润滑剂
机械行 业
电池级 碳酸锂
Source：USGS
主要
Glencore XStrata 淡水河谷公司 自由港公司
Sherritt 其他产量
企业
地点 总和
矿产名称
产量（吨） 19400
同比增加 （%）
39%
非洲
Katanga、Mutanda、Mopani
16000
50%
加拿大 Sudbury、Raglan、Nikkelverk
700
石墨下游消费占比
14% 3% 2%
26%
5% 6%
9% 10%
10%
15%
化工
光伏
半导体
金属冶炼
锂电池和核能 模具
高温合金
汽车工业
玻璃陶瓷
其他
Source：i投资
19
正极材料
20 正极材料
上游
原材料
钴矿
锂矿
石墨矿
中游
电池材料 及电芯
②
正极
电解液
负极
隔膜
电芯制造与pack封装
下游
应用领域
消费电子动力电池
西藏矿业
兴晟锂业 西部矿业 江特电机
16 钴
全球钴资源储量分布
1% 3% 3% 2% 4%
4%
14%
48%
21%
刚果 赞比亚 加拿大
澳大利亚 俄罗斯 中国
古巴 新喀里尼里亚 其他
Source：USGS
中国钴矿储量分布
30.00%
30.50%
6%
10.40%
7.10%
甘肃 河北
7.30% 8.50%
氟化锂
正极
六氟磷 酸锂 金属锂 丁基锂
电池
锂电池 电解液
消费电子 电动汽车
锂合金
航天航 空
汽车军 工
有机物 合成
高纯度 碳酸锂
化工制 药科研
全球锂资源储量约为1300万吨，年开采量为3.5万吨，预计可开采371年
世界主要锂资源国家产量和储量
13 锂行业产业链
全球锂生产概况
三大盐湖 锂厂商
盐湖
储量 （碳酸锂当量）
品味
镁锂 比
年产量 （碳酸锂）
美国 Rockwoo
d
智利阿卡塔 美国银峰
智利SQM 智利阿卡塔
阿根廷 美国FMC Salardehombre
Meurto
合计产量
全球产能
3168万吨 0.15% 6.4
21.12万吨 3168万吨
0.02% 1.2 0.15% 6.4
448.8万吨 0.07% 1.4
291
341
电动汽车用锂电池 （亿 Wh）
21
31
储能用锂电池 （亿 Wh）
4
10
锂电池总产量 （亿 Wh）
316 382
正极材料（万吨） 5.2 6.3
402 467 543 628
46
83 146 236
16
41
67
86
465 591 756 950
7.7 9.8 12.5 15.7
负极材料（万吨） 3
碳酸锂当量需 求估算（公斤）
50-60
2014全球销 量
3.1万
改性锰 酸锂 34.59
1.6万
锰酸锂 镍钴锰酸锂 锰酸锂 磷酸铁锂
40.38
11-30
35.04 140.51
2.1万
6.1万
3611
Source：海通证券研究所
22 正极材料
能量密度、成本、安全性、热稳定性、循环寿命是动力锂电池的5 个关键 指标，三元材料、锰酸锂与磷酸铁锂任何一个在这5 个方面都不具有绝对 优势，导致动力锂电池极材料技术路线的差异
三元材料在正极材料市场中的份额
Source：IIT
2013 年中国主1.1要销正售额极材料市场份额
12.1
31
55.9
钴酸锂 三元材料 锰酸锂 磷酸铁锂
Source：中国化学与物理电源行业协会
24 我国主要正极材料企业产能
序号 1
单位 湖南杉杉新材料股份有限公司
产能 9000吨/a
2
北大先行科技产业有限公司
锂电池原材料全球消费增量敏感性分析
15
40
万吨 %
30 10
20 5
10
0 碳酸锂
2013年全球消费量 消费增量/全球消费增量
Source：i投资
0
钴
石墨
100万辆电动车带动的消费增量
11 全球锂电池及原材料需求
2011 2012 2013 2014 2015 2016
便携式设备用锂电 池（亿Wh）
LG
混动 松下
纯电动 纯电动 自主研发 自主研发
电池配备容量 40,60,8
（kwh）
5
22
16
4.4
24
60
能量密度
170wh/ 130wh/
kg
kg
81wh/kg
30-80wh/g
140wh/k g
100wh/g
续航（公里） >400 257 80(电动） 24(电动） 175
300
正极材料
NCA(镍 钴铝锂）
正极
电解液
负极
隔膜
电芯制造与pack封装
下游 应用领域
消费电子动力电池
10 锂电池上游原材料
一辆新能源电动车电池原材料消费量
60
50
50
40
45
30
20
10
11
0
碳酸锂
钴
石墨
Source：i投资
一辆电动车的三种原料消费量:45千克碳酸锂、11千克钴、、50 千克石墨。我们以特斯拉ModelS为例,测算了电动车中三种主要 金属元素的含量。同时按电动车年销量增长100万辆为基准,做原 材料的消费增量敏感性分析,可得出碳酸锂消费增量4.5万吨,现消 费量14万吨/年;钴消费增量1.1万吨,现消费量8万吨/年;石墨消费 增量5万吨,现消费量巨大但无准确数字