中國動力電池及關(guān)鍵材料發(fā)展情況概述

梅楠軒，郝經(jīng)偉，王 勇

（1.中國國際工程咨詢有限公司，北京；2.中咨工程有限公司，北京）

新能源汽車是我國政府重點扶持的產(chǎn)業(yè)。經(jīng)過多年的發(fā)展，我國新能源汽車市場已成為全球最大的市場，根據(jù)工信部發(fā)布數(shù)據(jù)，2021年我國新能源汽車銷量352.1萬輛（同比增長11.6倍），連續(xù)7年位居全球第一，占全球市場份額的54%，《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》提出，到2025年新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的將迎來發(fā)展新機遇。

1 動力電池發(fā)展情況

動力型鋰離子蓄電池（簡稱動力電池）是純電動新能源汽車的核心零部件[1]，直接影響新能源汽車的續(xù)航里程﹑充電性能﹑安全性等關(guān)鍵指標(biāo)。從新能源汽車產(chǎn)業(yè)鏈來看，上游主要包括鋰礦﹑鈷礦﹑鎳礦﹑錳礦等礦產(chǎn)資源和電池原材料等，中游包括電池﹑電機﹑電控系統(tǒng)，下游為汽車制造，其中動力電池位居產(chǎn)業(yè)鏈中游，原材料主要有正極材料﹑負(fù)極材料﹑隔膜材料和電解液四大類。按照正極材料分類動力電池可分為三元電池﹑磷酸鐵鋰電池及其他電池。新能源汽車用動力電池材料產(chǎn)業(yè)鏈如圖1所示。

圖1 新能源電池用動力電池材料產(chǎn)業(yè)鏈圖

表1 三元電池主要生產(chǎn)企業(yè)

表2 磷酸鐵鋰電池主要生產(chǎn)企業(yè)

受新能源汽車補貼政策退坡及新冠疫情影響，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)將開始全面市場化競爭，車企將加速轉(zhuǎn)變，從“拿更高補貼”向“更多市場份額”轉(zhuǎn)變，將更注重成本﹑安全和性價比。2021年新能源汽車動力電池裝機量達到154.5GW，同比增長142.8%[2]，并且隨著動力電池市場競爭的加劇，出現(xiàn)了頭部企業(yè)繼續(xù)擴大產(chǎn)能，規(guī)模化效應(yīng)顯現(xiàn)；部分尾部企業(yè)被淘汰出局，產(chǎn)業(yè)集中度進一步提升等情況。具體表現(xiàn)有以下幾方面：

1.1 產(chǎn)品市場日趨完善

我國動力電池產(chǎn)業(yè)仍以三元和磷酸鐵鋰電池作為市場主流產(chǎn)品，2021年三元動力電池裝機量74.3GWh，較2020年增長91.3%，占總裝機量的48.1%；磷酸鐵鋰動力電池裝機量79.8GWh，較2020年增長227.4%，占總裝機量的51.7%[2]。2021年動力電池技術(shù)進步明顯，工信部發(fā)布了修訂版《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范條件》和《鋰離子電池行業(yè)規(guī)范公告管理暫行辦法》，提出動力型電池分為能量型和功率型，其中使用三元材料能量型單體電池能量密度≥210Wh/kg，電池組能量密≥150Wh/kg，其他能量型單體電池能量密度≥160Wh/kg，電池能量密度≥115Wh/kg；功率型單體電池功率密度≥500W/kg，電池組功率密度≥350W/kg；循環(huán)壽命≥1000次且容量保持≥80%。正極材料方面，磷酸鐵鋰比容量≥145Ah/kg，三元材料比容量≥165Ah/kg，鈷酸鋰比容量≥160Ah/kg，錳酸鋰比容量≥115Ah/kg[3,4]。

圖2 2021年國內(nèi)動力電池裝機量占比情況

1.2 產(chǎn)業(yè)集中度進一步提升

新能源汽車的發(fā)展已經(jīng)成為全球化的大趨勢，全球動力電池產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持快速增長。電池行業(yè)市場向頭部企業(yè)持續(xù)靠攏集中如表3所示，2021年，排名前五的電池企業(yè)動力電池裝機量總和達128.48GWh，合計市場份額約83.4%，市場份額占比較2020年基本保持不變；排名六至十的電池企業(yè)合計市場份額由4.7%增加至8.8%；排名前十之外的企業(yè)合計市場份額由9.2%縮水至7.8%?？偟膩砜?，行業(yè)的重心在向頭部企業(yè)進一步轉(zhuǎn)移。

表3 2019年-2020年國內(nèi)動力電池企業(yè)裝機情況[5]

圖3 國內(nèi)某型號NCM811（方形）電池成本構(gòu)成圖

1.3 電池原料成本快速上升

隨著動力電池裝機量快速上升和行業(yè)市場周期變動的影響，在過去的一年中，占原材料成本較高的正極﹑負(fù)極﹑隔膜等原材料價格快速上升，以碳酸鋰為例，截至2022年11月，價格為超過60萬元/噸，相當(dāng)于2022年6月平均價格的 14倍[6]。

2 動力電池關(guān)鍵材料發(fā)展情況

新能源汽車中，動力電池占總成本40%，而在動力電池成本中，電池材料約占80%～90%。動力電池材料主要包括正極材料﹑負(fù)極材料﹑隔膜材料和電解液四大材料。

2.1 正極材料

正極材料是鋰電池電化學(xué)性能的決定性因素，直接決定電池的能量密度及安全性，進而影響電池的綜合性能。另外，正極材料占電池材料成本比例達50%～60%，其成本也直接決定了電池整體成本的高低。因此，正極材料在鋰動力電池中具有舉足輕重的作用，直接引領(lǐng)了動力電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2021年國內(nèi)正極材料產(chǎn)量111.17萬噸，同比增長100.78%。其中，三元正極材料產(chǎn)量44.05萬噸，同比增長109.7%；磷酸鐵鋰材料產(chǎn)量45.91萬噸，同比增長223.3%；鈷酸鋰材料產(chǎn)量10.1萬噸，同比增長36.9%；錳酸鋰材料產(chǎn)量11.11萬噸，同比增長19.6%[7]。從正極材料產(chǎn)量占比來看，三元正極材料市場占比39.6%，磷酸鐵鋰正極材料市場占比41.3%，磷酸鐵鋰正極材料市場占比提升較大，主要由于磷酸鐵鋰電池安全性能相對較好，新能源汽車市場消費偏重有所改變。

表4 國內(nèi)正極材料代表企業(yè)

在應(yīng)用領(lǐng)域，動力電池已經(jīng)成為鋰﹑鈷消費的主導(dǎo)領(lǐng)域。據(jù)測算，2021年動力電池生產(chǎn)約消耗鋰35萬噸（碳酸鋰當(dāng)量）﹑鈷3.9萬噸﹑鎳19.4萬噸?？傮w來看，全球鋰﹑鈷﹑鎳資源的分布集中度較高且呈現(xiàn)寡頭壟斷特征，我國鋰資源雖然豐富但產(chǎn)量遠(yuǎn)不能滿足需求，而鎳﹑鈷資源匱乏，鋰﹑鈷﹑鎳資源均大量依賴進口，對外依存度較高，形成資源瓶頸制約。在新能源汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的資源需求下，國內(nèi)原材料資源供給不足，進一步增大我國資源對外依存度。

表5 鋰、鎳、錳、鈷資源的情況統(tǒng)計表[7]

2.2 負(fù)極材料

負(fù)極材料一般分為碳材料和非碳材料兩大類，碳材料包括天然石墨﹑人造石墨﹑中間相碳微球和硬碳軟碳等，非碳材料包括硅基材料﹑錫基材料和鈦基材料等。硬碳軟碳在技術(shù)上還不成熟，硅基﹑鈦基等合金類負(fù)極材料雖然開始在動力電池上應(yīng)用，但仍處于推廣初期，需求有限。中間相碳微球具備高倍率性能優(yōu)異的特點，但是產(chǎn)率低﹑制備工藝復(fù)雜﹑成本難以下降﹑發(fā)展受限。目前應(yīng)用最為廣泛的負(fù)極材料是天然石墨和人造石墨。

2021年中國鋰電池負(fù)極材料產(chǎn)量66萬噸；出貨量為72萬噸，同比增長97%，其中人造石墨出貨量超60.5萬噸，同比增長97%，占比84%，[8]這是由于市場對高倍率﹑快充型電池產(chǎn)品應(yīng)用進一步增多，進而帶動人造石墨出貨量快速增長。負(fù)極原材料產(chǎn)業(yè)具備全球供應(yīng)能力，頭部企業(yè)已進入國際頭部電池生產(chǎn)企業(yè)供應(yīng)鏈。

表6 常見的負(fù)極材料性能對比

表7 國內(nèi)主要負(fù)極材料企業(yè)與電池企業(yè)的供應(yīng)關(guān)系情況

2.3 隔膜材料

隔膜是鋰電池關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一，決定了電池的界面結(jié)構(gòu)﹑內(nèi)阻等，直接影響電池的熔煉﹑循環(huán)以及安全性能等特性，其成本占整個動力電池成本的5-8%左右。隔膜材料的制備工藝主要分為干法拉伸與濕法拉伸，其中干法拉伸又分為單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝，在拉膜過程中，隔膜的微孔尺寸和微孔分布的一致性是影響產(chǎn)品質(zhì)量高低的關(guān)鍵因素。濕法拉伸工藝主要針對低密度的聚乙烯（PE）材料，目前較多應(yīng)用于三元電池；干法拉伸工藝主要針對聚丙烯（PP）材料，目前主要應(yīng)用于磷酸鐵鋰電池。

2021年中國鋰電隔膜材料出貨量為78億平米，同比增長超過100%，其中濕法隔膜出貨量57.7億平米，占總出貨量的74%，較2020年增加3個百分點；干法隔膜出貨量20.3億平米，占總出貨量26%，較2020年減少3個百分點，占比遠(yuǎn)小于濕法隔膜[9]。目前，國內(nèi)隔膜生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模化效應(yīng)提升，隔膜成本下降，進一步搶占全球市場份額。隨著動力電池向高能量密度方向發(fā)展，更薄的濕法隔膜相比干法隔膜優(yōu)勢明顯，同時濕法隔膜成本大幅下滑，與干法單拉隔膜成本差距逐漸減小，使得涂覆隔膜低成本化與高性能優(yōu)勢明顯。目前動力市場用濕法隔膜產(chǎn)品主要集中在9μm﹑12μm領(lǐng)域，隔膜向薄層化(7μm﹑5μm)以及功能化方向發(fā)展加快。

2.4 電解液

電解液是鋰離子電池體系的重要組成部分，其工作原理是鋰離子在正負(fù)極之間往返拖嵌導(dǎo)致外電路電子定向移動形成電流，是鋰離子遷移和電荷傳遞的介質(zhì)。電解液由高純?nèi)苜|(zhì)﹑溶劑﹑添加劑在一定條件下按一定比例配制而成，目前商業(yè)化應(yīng)用的高純?nèi)苜|(zhì)為六氟磷酸鋰，常用的有機溶劑有碳酸乙烯酯（EC）﹑碳酸丙烯酯（PC）和碳酸二甲酯（DMC）等，其中六氟磷酸鋰是電解液的核心原材料，其成本約占整個電解液生產(chǎn)成本的40%。

表9 國內(nèi)主要電解液企業(yè)與電池企業(yè)的供應(yīng)關(guān)系情況

2021年，中國電解液產(chǎn)量44.1萬噸，同比增長80.74%，電解液下游的主要應(yīng)用領(lǐng)域包括動力電池﹑3C電池和儲能電池，其中動力電池的是電解液最重要的應(yīng)用領(lǐng)域，占據(jù)65%的市場份額。受電解液價格下行影響，行業(yè)毛利率進一步降低，市場整體呈現(xiàn)出“增量不增值”。隨著新能源汽車補貼政策退坡，新能源汽車市場增長不及預(yù)期，動力電池企業(yè)需求量下降，導(dǎo)致電解液企業(yè)價格競爭加劇，降價銷售的情況較多。同時，電解液市場集中度進一步提升，2021年以天賜﹑新宙邦﹑國泰為主的TOP3企業(yè)市場份額達到67.1%（分別為33.1%﹑18.3%﹑15.7%）[10]。

3 動力電池發(fā)展趨勢

3.1 動力電池價格下跌將趨緩

新能源汽車補貼退坡，使得新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)對動力電池的原材料成本提出更高要求，電池行業(yè)市場競爭加劇，以降本增效為重心，2019年動力電池價格整體下降約20%，2020年價格下滑約10%～15%。2021年三元電池系統(tǒng)不含稅價格約775元/kWh，較2019年初下降38%；磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)不含稅價格約625元/kWh，較2019年初下降46%。2021年動力電池價格已經(jīng)接近谷底，同時新品磷酸鐵鋰電池價格逼近梯次電池市場價格，將進一步擠壓梯次利用市場空間。

3.2 磷酸鐵鋰電池市場占比將進一步提升

2018年12月，國家發(fā)展和改革委員會發(fā)布《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定》中，在動力電池投資方面取消了“能量型車用動力蓄電池單體比能量應(yīng)不低于300Wh/kg，系統(tǒng)比能量應(yīng)不低于220Wh/kg”的要求。2019年新能源汽車財政補貼政策調(diào)整，不再對160Wh/kg以上的車型給予倍數(shù)補貼；2020年發(fā)布《電動汽車用動力蓄電池安全要求》（GB 38031），對動力電池安全性提出了更高要求。以上政策及標(biāo)準(zhǔn)的落地，使得電池行業(yè)降低了對高能量密度的追求，更加注重電池安全等綜合性能。加之，比亞迪“刀片”電芯技術(shù)的突破，為磷酸鐵鋰電池帶來了新的出路。未來幾年內(nèi)，磷酸鐵鋰電池市場占比將會回升，在續(xù)航300-400公里的車型中，三元電池和磷酸鐵鋰電池將實現(xiàn)有效競爭，在長續(xù)航里程的純電動乘用車上，還是仍三元電池為主。另外，磷酸鐵鋰電池市場占比的提升也將使磷酸鐵鋰等低殘值電池再生利用缺乏經(jīng)濟效益的問題更為突出。

3.3 短期內(nèi)鋰、鈷等金屬資源需求仍將依賴于進口

動力電池產(chǎn)業(yè)保持快速增長，對鋰﹑鈷等金屬資源需求將繼續(xù)擴大，但動力電池循環(huán)壽命的提升及退役電池梯次利用規(guī)?；?，使得動力電池全生命周期進一步延長，短期內(nèi)進入資源化回收階段的退役電池數(shù)量較少，回收的金屬資源難以滿足新電池生產(chǎn)需要。據(jù)統(tǒng)計，2020年主要再生利用企業(yè)從廢舊電池和電池廢料中回收金屬鋰1193噸﹑金屬鈷2200噸﹑金屬鎳3418噸﹑金屬錳3451噸，遠(yuǎn)低于當(dāng)年新電池生產(chǎn)消耗量。