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    2019-10-12 09:15:26 来源:CE5E能源咨询网

    尽管关于锂离子电池的诺贝尔奖与中国科学家无关,但中国已经实实在在成为全球锂电池领域的三大头号玩家之一。

    10月9日,2019年诺贝尔化学奖揭晓。奖项授予了英国化学家斯坦利·惠廷厄姆(M. Stanley Whittingham)、美国化学家约翰·古德纳夫(John B. Goodenough)以及日本化学家吉野彰(Akira Yoshino),以表彰他们在锂离子电池发展上所做的贡献。这也让97岁的二战老兵古德纳夫成为史上最年长的诺贝尔奖得主。

    如今,锂电池已经深入我们日常生活的各个角落。小到数以十亿计的手机、笔记本电脑、穿戴设备等数码产品,大到数以百万计的电动汽车、电动自行车和储能设施,锂电池的发明和产业化直接加速了全人类信息技术和新能源技术的发展进程。

    利用锂离子在正极和负极之间的移动,锂电池可以实现反复充电放电的操作。由于锂元素的自身特性(摩尔质量小、氧化还原电位低),其输出电压和能量密度比其他电池更高。在获得安全稳定的工作性能后,锂离子电池迅速从实验室走向全社会。

    现在的锂电池产业链已形成庞大的规模效应,包含上游的矿山(镍钴锰、锂矿和石墨矿)和元器件(正负极材料、电解液、电极基材、隔膜等)、中游的电芯制造和封装、下游的锂电池应用(消费领域、动力领域)。根据中国电子信息产业发展研究院《锂离子电池产业发展白皮书(2019年)》(下称“《白皮书》”),2018年全球锂离子电池产业规模达412亿美元,同比增长18%;按容量计算,全球规模达到200GWh,同比增长25%。

    从日本一家独大,到中日韩三足鼎立,坐拥原料、市场、政策三大优势的中国企业,一跃成为全球锂电池行业的头部玩家之一,与日韩的老牌锂电池巨头平分秋色。但是打江山易、坐江山难,依赖政策红利起飞的中国锂电企业,面对扑面而来的行业洗牌、补贴退坡、产能过剩和外资入局,该如何守成并开拓新的增长?

    从实验室到市场

    在锂离子电池从无到有、从实验室到寻常百姓家的过程中,三位获奖科学家的工作成果起到了标定航向的作用。

    上世纪70年代,“石油危机”促使美国政府大力开发新能源和储能技术,以减小对石油进口的过度依赖。供职于美国埃克森美孚(Exxon Mobil)石油公司的惠廷厄姆依据他在斯坦福大学的前期工作,以硫化钛和金属锂为正、负极材料,制成世界上第一块新型锂电池。埃克森美孚公司于1976为该技术申请了发明专利,但易燃易爆炸的锂电池并未让这家公司从中获益。

    为解决锂电池的稳定性问题,1980年,时任牛津大学无机化学实验室主任的古德纳夫带领项目组设计出以钴酸锂(LiCoO2)为正极材料的技术方案,极大地提升了锂电池的综合性能。但古德纳夫在向牛津大学申请专利申报时,被后者以应用前景渺茫而拒绝,最终以很低价格将该设计专利转售给英国原子能科学研究中心。同样,这项专利回报甚微,原因依旧是用作负极材料的金属锂性能不稳定。

    问题的最终解决者是日本材料化学巨头旭化成公司(Asahi Kasei)的吉野彰。1983年,他采用碳材料代替金属锂作为锂电池的负极,沿用古德纳夫的钴酸锂正极,从根本上改善了锂电池的能量密度和使用寿命,并且大幅降低了成本,成为第一个商业化锂离子电池的设计原型。

    至此,三位诺奖得主的标志性贡献已全部到齐。借助消费电子产品和新能源汽车两个急速扩张的市场,锂电池产业一路高歌猛进。

    1991年,索尼(SONY)公司率先发布了世界上第一块商用锂离子电池,并装配在该公司新款的CCD-TR1摄像机中,一经问世便引发全球瞩目,标志着消费电子产品的面貌从此改变。次年,旭化成和东芝成立合资公司,生产用于电子产品的锂电池。著名的美国贝尔实验室也成功获得聚合物锂电池的专利,在正负极材料和工作原理不变的情况下,将电解液替换为凝胶状,并发明了软包状的封装形式,锂电池的体积进一步缩小。

    进入世纪之交,中国人的身影终于登上锂电池产业的舞台。

    利用贝尔实验室的专利授权,1999年,东莞新科磁电厂工程总监曾毓群辞职创业,在香港成立新能源科技(ATL),通过改进电解液配方解决了聚合物锂电池的鼓包问题,ATL的产品由此大卖,如今已占领全球聚合物锂电池市场的一半份额。2005年,ATL被日本东电化公司(TDK)全资收购。2011年,曾毓群与几名合伙人将ATL的动力电池团队独立经营,这便是现已发展成为国内锂电池龙头企业的宁德时代(300750.SZ)。

    中国加入龙头竞争

    经过30年发展,全球的锂离子电池产业已从日本垄断转变为中日韩三足鼎力的格局。从2015年开始,在中国大力发展新能源汽车的带动下,中国锂离子电池产业规模开始迅猛增长,已经超过韩国、日本,跃居至全球首位,并逐步拉大差距。

    不过,占据锂电池行业头几把交椅的仍为老牌日韩企业。《白皮书》将全球锂离子电池市场概括为三大梯队:松下、LG化学和三星SDI是第一梯队,宁德时代、ATL、比亚迪(002594.SZ)、村田(原索尼)是第二梯队,其他多数企业为第三梯队。根据韩国市场研究公司 SNE Research发布的 2018年1-9月全球动力锂电池出货数据显示,排名第一的松下出货量达到13.38GWh,宁德时代紧追其后。

    日本松下集团的动力电池产能及产量位居世界前列,其研发的CA21700电池是当前市场上单体能量密度最大的动力电池,达到340Wh/kg。松下集团早在九十年代就开始布局锂电池消费领域市场,为笔记本电脑提供圆柱形电池;随着2009年并购三洋电机、2014年与特斯拉合作,松下的锂电池业务规模不断扩大。财报显示,2018财年,松下锂电池业务实现销售收入5625亿日元,同比增长14%,占集团总销售收入的7.0%。

    韩国企业也不甘示弱。LG化学1999年正式进入锂离子电池领域后,研发出铝塑复合膜软包材料和叠片式软包设计,成为软包锂电池龙头企业;除小型电池外,近两年LG化学的动力电池发展十分迅猛。2018年LG化学的锂电池业务实现销售收入65200亿韩元,同比增长43%,占LG化学总销售收入的23%。而三星SDI于1998年进军锂电池产业,依托其数码终端产品领域的市场和技术优势,SDI的小型锂电池产量迅速跃居全球首位;在动力电池方面,SDI是宝马(BMW)的官方战略合作伙伴。2018年,SDI锂离子电池业务实现销售收入69542亿韩元,同比增长61%,占SDI总销售收入的75.8%。

    在中国,亮眼的锂电池产业增长数字得益于新能源汽车的强势拉动。2018年我国新能源汽车产量达到127万辆,同比增长59.9%,呈加速增长态势。在这样的市场行情面前,我国锂电池产量继续保持高速增长。国家统计局数据显示,2018年全年,我国锂离子电池累计产量达139.9亿个,再创下历史新高,同比增长25.9%;按容量计算,2018年我国锂离子电池产量 124.2GWh,同比增长23.1%;产业规模达到1727亿元,同比增长9%。

    在国家政策的重点扶持下,锂离子电池的关键技术、关键材料和产品研究等均取得突破。虽然小容量功率型动力锂电池技术和产品与国外相比仍有一定差距,但大容量动力锂电池产业发展已经处于国际领先水平。

    万德(wind)数据显示,目前国内的中国锂电池企业为92家,较2016年的新能源汽车政策“风口期”减少近一半,较2017年减少近三分之一,行业格局正在急剧洗牌。通过2018年我国锂电池行业装机量数据可以直观地看到“寡头化”的趋势:宁德时代占比41.19%,装机量达到23.43GWh,同比增长123%;比亚迪占比20.09%,装机量达到11 .43GWh,同比增长102.43%;国轩高科占比5.4%,装机量为3 .07GWh。资源显著向行业两大巨头——宁德时代和比亚迪集中。

    成立于2011年的宁德时代,依托早些年在ATL的技术储备优势,建立起动力和储能电池领域完整的研发和制造体系。截至2018年12月31日,宁德时代及其子公司共拥有1618项中国专利及38项境外专利,正在申请的国内和境外专利合计2110项。财报显示,2018年宁德时代动力电池业务实现销售收入245.2亿元,同比增长47.2%,占总销售收入的82.8%;实现营业利润83.6亿元,净利率达34.1%。

    而国内的另一家龙头企业比亚迪,成立于1995年,最早以手机电池业务起家,是我国最早进入锂离子电池领域的企业之一,目前已经形成汽车(含新能源汽车)、手机部件及组装业务、二次充电电池及光伏业务三个业务板块。财报显示,2018年比亚迪锂离子电池业务收入约为227.7亿元,同比增长超过50%,占全年营业收入的17.5%。

    针对目前国内的锂电池产业格局,《白皮书》也概括为三个梯队:第一梯队为宁德时代和比亚迪两巨头,2018年营收双双破200亿元,与后面企业的差距进一步拉大;第二梯队为天津力神和国轩高科,2018年营收在50亿元左右;第三梯队包括后面所有的企业,营收不超过30-40亿元。

    不过,值得注意的是,尽管在净利润方面宁德时代能够保持每年高速增长,但四家头部企业的销售毛利率在却在2017年均呈现下滑,主要原因在于我国政府对新能源汽车的补贴正以每年30%的速度在退坡,锂电池企业的利润空间被压缩。由此可见,即便是龙头企业,对政策补贴的依赖依然很大。

    2018年初,财政部、科技部、工业和信息化部、发展改革委联合印发了《关于调整完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》(财建〔2018〕18号),将我国新能源汽车补贴政策的技术门槛进一步提高,对电池能量密度提出更高要求。这将意味着,我国锂电池行业内绝大多数规模小、技术条件低的企业,将因拿不到更多的补贴而逐步被淘汰。

    目前,随着国内锂电池产业集中度进一步提升,龙头企业的市场份额将会不断巩固。但随着外资准入政策的松绑(动力电池投资股比限制取消),中国持续旺盛的新能源汽车需求必将吸引松下、LG化学、三星SDI这些国际老牌玩家入局并扩大产能,产业洗牌还将继续。


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