中国消费锂电行业分析报告.docx
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中国消费锂电行业分析报告
2017年消费锂电行业分析报告
2017年7月出版
1、消费锂电市场分析
1.1、锂电池的前世今生
1800年,伏打电池的发明标志着电池的诞生。
经过200多年的发展,电池的用途和功能也逐步趋于完善。
从最早的不可重复充电的锌锰类(Zn/MnO2)一次电池,到后来以铅酸电池(SLA),镍电池(Ni-MH,Ni-Cd),锂离子(Li-Ion)电池为代表的可重复充电的二次电池,每一次电池材料的革新都带来了能量密度的突飞猛进。
锂离子电池由日本索尼公司于1990年最先开发成功,是目前的主流电池方案。
从结构来看,锂电池主要由正极(Positiveelectrode)、负极(Negativeelectrode)、电解液(electrolyte)和隔膜(Separator)组成。
根据正极材料的不同,锂电池可以被分为磷酸铁锂电池,钴酸锂电池,三元电池等,而锂电池的负极一般都是碳素材料,如天然石墨,人工石墨等。
根据锂离子电池所用电解液材料的不同,锂离子电池又可以分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)。
由于PLB采用的是凝胶状电解液,相比LIB的液态电解质密度更大,且不易泄漏,所以对体积大小有较高要求的消费电子领域主要采用的是PLB电池。
图表1:
电池结构示意图
锂电池充电时,锂离子离开(术语:
脱嵌)正极,经过电解液运动到负极,
并进入(术语:
插入)石墨的微孔中,插入的锂离子越多,充电量越高。
充电时,正极为阳极(Anode),负极为阴极(Cathode)。
同样,锂电池放电时(即我们使用电池的过程),锂离子离开(术语:
脱插)负极,返回(术语:
嵌入)正极。
回正极的锂离子越多,放电量越大。
放电时,正极为阴极(Cathode),负极为阳极(Anode)。
图表2:
锂电池放电时的工作原理
由于消费电子产品的内部空间有限,要求在有限的空间内尽量提升电池容量,所以电池的体积能量密度至关重要。
能量密度由正负极材料决定,传统的铅酸蓄电池其体积能量密度最大也只能达到150Wh/L,而磷酸铁锂(LFP)的能量密度达到了300Wh/L左右的水平,广泛用于消费电子的钴酸锂(LCO)的能量密度则进一步提升到600Wh/L以上,三元材料(镍钴锰酸锂NCM,镍钴铝酸锂NCA)方面,由于其放电平台的电压下降较快,易低于手机截止电压3.4V,所以一般用于新能源汽车,在消费电子领域仅在平板上有所应用。
图表3:
材料的进步使得电池能量密度不断提升
1.2、锂电池的市场需求
整体来看,锂电池的市场需求会直接受到下游应用的市场规模影响。
2016年
全年,锂电池的市场规模达到62.34GwH,预计2017年仍将维持高增长的态势,
达到102.68GwH,未来三年的的复合增长率高达25%。
图表4:
2011-2018年中国锂电池产量及增速
锂电池下游应用主要包括消费电子,动力汽车,储能电站三大类。
消费锂电方面,2011-2014年,得益于智能终端的普及,消费锂电三年间的复合增长率达到26.00%。
2015年之后,智能手机逐步进入存量替换时代,消费锂电市场的增速也开始放缓。
而与此同时,新能源汽车开始爆发式增长,动力电池成为拉动锂电池市场需求的主要驱动引擎,2015年,动力电池的市场规模达到16.9Gwh,而
2016年,则进一步增长到29.39Gwh,从体量上已经超过了传统的消费锂电。
储能电站方面,伴随着新能源电站弃风弃光问题的日益严重,以及企业对稳定供电的迫切需求,储能的重要性也凸显出来,储能电站建设更是列入了“十三五”规划的百大工程项目,未来,储能市场的发展将进一步推动对锂电池的需求。
图表5:
2011-2018年国内锂电池下游应用结构的演变
1.3、锂电池的成本及价格分析
参考ElementEnergy的行业调研数据,锂电池PACK的成本结构中,电芯占总成本比例的50%,其他物料成本总和约占24%。
而根据Frost&Sullivan的数据,目前锂电池电芯的物料成本结构里,正极材料占据了电芯总成本的48.8%,往后依次是电解液,负极和隔膜。
可以看出锂电池的成本较大程度上会受到正极材料和电解液价格波动的影响。
图表6:
锂电池PACK成本结构
图表7:
锂电池电芯成本结构
其中正极方面,消费锂电一般采用钴酸锂做为原材料。
根据行业数据,1吨
钴酸锂中,钴的含量约在0.6吨左右,锂的含量则0.07吨不到。
所以直接原材料电解钴的价格会极大影响锂电正极材料的成本。
而目前新能源车的主要正极材料镍钴锰酸锂NCM,镍钴铝酸锂NCA也均会用到钴,所以近年来下游市场对电解钴的需求极为旺盛,从2016年年底起钴价一路走高,从2016年11月初的21.2万元/吨的价格,到2017年4月中的38.4万元/吨,后有所回落,但依旧维持在
37万元/吨左右。
2017年6月初,英国金属导报(MetalBulletin)的钴报价又开始新的一轮大涨,至6月14日,已经连涨三波,累计上涨1.6美元/磅,按照最新汇率换算即上涨了2.3万元/吨。
国内钴价也有望随之上涨。
图表8:
电解钴现货均价
而电解液方面,原材料六氟磷酸锂在2011年以前由于技术门槛较高,所以被日本关东电化,森田化工等企业垄断,价格超过30万元/吨,2011年4月,多氟多成功生产六氟磷酸锂,使国产替代得以实现。
六氟磷酸锂的价格也开始持续下跌,直至2015年初的8-9万元/吨。
后续由于新能源车下游市场的爆发,使得六氟磷酸锂供不应求,价格又一路飙升至16年2季度的45万元/吨的历史高点,近期由于国内的六氟磷酸锂企业扩产项目逐步达产,六氟磷酸锂价格开始回
落。
尤其是2017年2季度,六氟磷酸锂的价格几近腰斩,回落到15-25万元/
吨的区间。
图表9:
六氟磷酸锂现货均价(万元/吨)
综合来看,虽然六氟磷酸锂的价格回落中和了一部分钴材料的持续涨价,但由于正极材料占电芯总体成本较高,国内电芯厂商的还是会面临较大成本压力,涨价已成为必然。
根据中国化学与物理电源行业协会的数据,17年2月,较多小型电芯厂就已在成本压力下提价,3月初,国内某大型数码电芯厂家也正式发函,将于3月26日起开始上调各容量电芯价格0.2-0.6元/颗不等,宣告着数码电芯全产业链调价开始,目前国产2000mAh的18650维持在5.2-5.5元/颗之间。
虽然每年2季度均是消费电子的淡季,但目前消费锂电的价格依旧保持稳定。
同时不排除后续为了迎接下半年的消费电子高峰期,市场拉货导致供不应求的局面出现,进一步推升电池价格。
图表10:
2017年2000mAh18650电芯价格走势图(元/颗)
1.4、消费锂电的产业链竞争格局
锂电池行业是一个高度分工的产业链,从上游的材料到电芯,再到PACK都
有各自领域的龙头企业。
我们在本文中主要关注电芯和PACK。
图表11:
锂电池行业产业链概览
由于电芯生产是重资产投入,规模化效应显著,大者恒大的局面已经形成。
2016年全球电芯厂TOP10的集中度为72%,相比2015年的68%提升4个百分点。
排名靠前的厂商中,三大厂松下,LGC,三星SDI已经转移了相当一部分的产能给了新能源车,其中松下更是将大部分精力放在和特斯拉的合作项目上。
而锂电池鼻祖索尼由于锂聚合物电池研发进度缓慢,新能源车锂电池业务不断调整,业绩表现不佳,2016年被Murata并购。
国内电芯厂商,如ATL,光宇,力神则把握住了智能终端普及的发展机遇,跻身于全球消费锂电电芯厂前列。
图表12:
2016年全球锂电电芯厂市占率排名
下游的PACK方面,早期的PACK厂仅做简单的封装,技术含量较低,市场碎片化严重。
后来由于下游消费电子客户对安全性、一致性、热性能等性能指标的不断重视,再加上部分PACK厂商开始进军BMS,以追求高附加值。
PACK厂的行业门槛也在不断提高,涌现出了一批行业巨头。
如国内的德赛电池,欣旺达,明美,飞毛腿等。
2、安全续航并重,催生消费锂电微创新
2.1、三星爆炸门敲响电池安全的警钟
2016年8月19日,三星正式发布GalaxyNote7。
上市之初,Note7手机凭借虹膜解锁、无线快充、实时HDR视频拍摄等特性,好评不断,更是被业界认为是苹果iPhone7手机的最大竞争对手。
但好事不长,上市不到一周,Note7便在韩国出现了爆炸事件。
9月2日,三星手机部门负责人对电池爆炸事件致歉,并宣布了GalaxyNote7的全球替换计划(中国除外)。
9月中,三星宣布召回在中国境内的1858台Note7测试体验机。
至此,三星手机爆炸事件告一段落。
在这次事件中,三星因为召回行动产生的成本约为10亿美元,市值在两天之内蒸发掉190亿美元,损失惨重。
图表13:
三星手机爆炸图
一般而言,导致锂离子电池爆炸的因素主要有两类,过热和机械损坏。
过热背后的原因是多样的,外界环境温度过高,过压充电,或者手机高负荷运转均会导致过热。
一旦手机内部温度持续超过60度,并得不到及时散热的话,手机电
解液的主要成分六氟磷酸锂就会发生分解反应,产生大量气体。
由于电池PACK的
空间有限,生成的气体会将电池PACK撑大,也就出现了所谓的“电池鼓包”,部分情况下至于会导致爆炸。
而机械损坏则是因为物理原因,致使正负级之间的隔膜损坏,引起短路爆炸,一旦发生后果较为严重。
三星Note7爆炸的原因也正是如此。
具体分析来看,Note7的非大陆版电池(采用SDI的电芯)是因为电池尺寸不合规,无法与GalaxyNote7的电池仓相匹配,挤压了隔膜,致使正负极短路起火。
而大陆版电池(采用ATL的电芯)则是因为正极上的焊接毛刺戳穿了隔膜,引发短路,最终爆炸。
图表14:
三星手机爆炸原因(SDI版)
图表15:
三星手机爆炸原因(ATL版)
针对三星Note7的爆炸事件,中科院研究员陈立桅表示,“这可能是手机厂商为了提升电池的体积能量密度、延长手机电池续航能力,而采用了更薄的隔膜材料,但是由于对隔膜材料质量控制不严或者工艺缺陷,导致隔膜局部变薄,不能有效隔离正极与负极,从而造成了电池的安全问题”。
由此可见,虽然机械损坏是Note7爆炸的直接原因,归根结底还是因为三星为了提升续航能力,忽视了安全考量。
2.2、5G和高分辨率屏给手机续航带来新的挑战
在过去的几年内随着2G到4G的演变,智能机分辨率的不断提升,续航能力的问题也越发凸显。
根据三星在2015年做的市场调研,71%的用户认为增长手机续航时间可以最大程度提升用户满意度。
与此同时,由于电池材料没有突破性进展,手机续航时间的改善得更多归功于大屏手机的普及,使得手机内部空间随之增多,从提升手机配备的电池容量。
但大屏手机完全点亮时的耗电量也较为可观,所以改善幅度有限。
目前市面上主流的是5.5英寸的手机,也有一部分6英寸的超大屏手机,已经接近手持设备大小的极限。
再往后发展,续航时间的提升还得另辟蹊径。
根据三星的预计,从2010年到2020年,手机的电池容量会翻倍,年复合增长率为5%。
图表16:
三星对于手机电池容量的预测
具体分析手机各组件耗电的大小,通
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