一张图看懂锂离子电池

锂电池行业分析研究报告新材料在线产业研究院011.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.隔膜目录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中游电芯制造与pack封装原材料电池材料及电芯应用领域锂矿电解液隔膜消费电子动力电池石墨矿下游钴矿负极正极①①①05锂离子电池的应用锂离子电池应用领域下游应用产品现有应用领域手机笔记本相机电动工具电动自行车新兴应用领域储能领域新能源汽车06锂电池市场份额Source：赛迪智库21.0%15.9%14.3%7.5%6.0%5.5%3.0%2.8%1.9%1.8%20.9%2014全球锂离子电池主要企业市场份额三星SDILG化学松下索尼ATL力神比亚迪光宇MaxellBAK其他27.0%35.0%34.0%4.0%2014全球锂电池市场份额情况中国日本韩国其他Source：SNE072014中国前五家锂电池企业Source：赛迪智库，中国化学与物理电源行业协会序号公司名称销售收入（亿元）产量（亿只）1ATL901.92比亚迪452.33天津力神40.51.64光宇21.5——5深圳比克7.51.642014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。08锂原材料09上游中游电芯制造与pack封装原材料电池材料及电芯应用领域锂矿电解液隔膜消费电子动力电池石墨矿下游钴矿负极正极①①①锂电池上游原材料10锂电池上游原材料4511500102030405060碳酸锂钴石墨一辆新能源电动车电池原材料消费量Source：i投资010203040051015碳酸锂钴石墨%万吨锂电池原材料全球消费增量敏感性分析2013年全球消费量100万辆电动车带动的消费增量消费增量/全球消费增量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11全球锂电池及原材料需求201120122013201420152016便携式设备用锂电池（亿Wh）291341402467543628电动汽车用锂电池（亿Wh）21314683146236储能用锂电池（亿Wh）41016416786锂电池总产量（亿Wh）316382465591756950正极材料（万吨）5.26.37.79.812.515.7负极材料（万吨）33.64.45.67.18.9隔膜（亿平方米）2.32.83.44.35.56.9电解液（万吨）2.42.93.54.45.77.1Source：SNE12锂行业产业链锂矿石焙烧法加压法硫酸法蒸发法吸附法煅烧法盐湖锂卤水工业级碳酸锂氢氧化锂锂基酯润滑剂机械行业电池级碳酸锂正极电池氟化锂六氟磷酸锂锂电池电解液金属锂锂合金航天航空汽车军工消费电子电动汽车丁基锂有机物合成高纯度碳酸锂化工制药科研世界主要锂资源国家产量和储量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13锂行业产业链陶瓷和玻璃35%电池29%润滑脂9%连铸结晶器保护渣粉6%空气净化5%聚合物生产5%原铝生产1%其他10%Source：USGS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Rockwood智利阿卡塔3168万吨0.15%6.43万吨美国银峰21.12万吨0.02%1.2智利SQM智利阿卡塔3168万吨0.15%6.44.57万吨美国FMC阿根廷SalardehombreMeurto448.8万吨0.07%1.42.22万吨合计产量9.77万吨全球产能20万吨全球锂生产概况Source：USGS14锂行业产业链目前全球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。EVPlus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Source：海通证券研究所电动汽车中，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%。动力电池,50%正极材料,30%隔膜,25%电解液,17%负极材料,10%其他,18%新能源汽车成本分析Source：IIT15国内锂行业重点企业国内锂行业重点企业天齐锂业赣锋锂业西藏矿业兴晟锂业西部矿业江特电机16钴48%21%14%4%3%3%2%1%4%全球钴资源储量分布刚果澳大利亚古巴赞比亚俄罗斯新喀里尼里亚加拿大中国其他30.50%10.40%8.50%7.30%7.10%6%30.00%中国钴矿储量分布甘肃山东云南河北青海山西Source：USGSSource：千讯咨询17钴Source：USGS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42%19%9%9%7%4%3%7%全球钴下游消费结构化学电池高温合金硬质合金催化物陶瓷色釉料磁性材料粘结剂，干燥剂其他主要地点矿产名称产量（吨）同比增加（%）GlencoreXStrata总和1940039%非洲Katanga、Mutanda、Mopani1600050%加拿大Sudbury、Raglan、Nikkelverk70017%澳大利亚MurrinMurrin、XNA26008%淡水河谷公司353255.4%自由港公司刚果TenkeFungurume127007.7%Sherritt总和249319.1%古巴Moa1660-13.4%马达加斯加Ambatovy833323%其他产量2013年1-11月赞比亚钴产量同比增加17%，达到5857吨世界主要钴供应商企业海亮股份格林美中国中冶金岭矿业中国主要钴相关企业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。26%15%10%10%9%6%5%3%2%14%石墨下游消费占比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%Source：i投资19正极材料20上游中游电芯制造与pack封装原材料电池材料及电芯应用领域锂矿电解液隔膜消费电子动力电池石墨矿下游钴矿负极正极正极材料②21正极材料钴酸锂(LCO)镍钴锰酸锂（NCM）锰酸锂（LMO）磷酸铁锂（LFP）镍钴铝酸锂（NCA）分子式LiCoO2LiNixCoyMn1-x-yO2LiMn2O4LiFePO43.7电压平台3.73.63.83.33.7比容量150160120150170振实密度2.8-3.02.0-2.32.2-2.41.0-1.42.0-2.4优点充放电稳定，生产工艺简单电化学性能稳定，循环性能好锰资源丰富，价格较低，安全性能好高安全性，环保长寿高能量密度，低温性能好缺点钴价格昂贵，循环寿命较低用到一部分金属钴价格昂贵能量密度低，电解质相容性差低温性能较差，放电电压低高温性能差，安全性能差，生产技术门槛高主要正极材料性能对比及主要车企材料选择Source：动力锂离子电池及其正极材料的研究进展车企特斯拉宝马通用丰田日产比亚迪车名ModelSI3雪佛兰VoltPrius锂电版LeafE6电动车辆种类纯电动纯电动增程式混动混动纯电动纯电动电池供应商松下三星SDILG松下自主研发自主研发电池配备容量（kwh）40,60,8522164.42460能量密度170wh/kg130wh/kg81wh/kg30-80wh/g140wh/kg100wh/g续航（公里）40025780(电动）24(电动）175300正极材料NCA(镍钴铝锂）改性锰酸锂锰酸锂镍钴锰酸锂锰酸锂磷酸铁锂碳酸锂当量需求估算（公斤）50-6034.5940.3811-3035.04140.512014全球销量3.1万1.6万2.1万6.1万3611Source：海通证券研究所22正极材料三种动力用正极性能比较能量密度、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。42%28%16%8%6%NMCLCOLMOLNOLFP37%38%15%10%NMCLMOLNOLFPSource：三井株式2020年电池正极材料（消费品）所占比例2020年电池正极材料（电动车）所占比例23正极材料三元材料在正极材料市场中的份额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。Source：IIT2013年中国主要正极材料市场份额55.93112.11.1销售额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Source：中国电池网序号单位产能1湖南杉杉新材料股份有限公司9000吨/a2北大先行科技产业有限公司10000吨/a3北京当升材料科技股份有限公司10000吨/a4天津巴莫科技股份有限公司7000吨/a5湖南瑞翔新材料股份有限公司12000吨/a6宁波金和新材料股份有限公司15000吨/a7深圳市天骄科技开发有限公司15000吨/a8厦门钨业股份有限公司5000吨/a9深圳市振华新材料股份有限公司7000吨/a10青岛乾运高科新材料股份有限公司5500吨/a25负极材料26上游中游电芯制造与pack封装原材料电池材料及电芯应用领域锂矿电解液隔膜消费电子动力电池石墨矿下游钴矿负极正极负极材料③27负极材料负极材料碳材料非碳材料石墨类碳材料无定形碳材料天然石墨人造石墨改性石墨易石墨化碳材料（软碳）难石墨化碳材料(硬碳)锡基材料硅基材料氮化物钛基材料焦炭中间相碳微球碳纤维PAS环氧树脂酚醛树脂负极材料负极材料细分比容量（mAh/g）首次效率循环寿命/次安全性快充特征碳系负极天然石墨340-37090%1000一般一般人造石墨310-36093%1000一般一般中