全球新能源电池发展格局与趋势

2016-07-11撰文邓继跃

中国机械 2016年4期

关键词：锂离子锂电池燃料电池

撰文/邓继跃

全球新能源电池发展格局与趋势

撰文/邓继跃

一、国际电池行业发展现状及趋势

1、此消彼长发展不平衡

全球电池行业自2007年起，经过2009年的波动，2010年至2011年均有较大增长。（见图表1）

其中，铅酸电池的市场份额占据主要地位，增长平稳，增速放缓；锂离子电池增速最大；太阳能电池波动较大。（见图表2）

2、主要电池产业现状（1）铅酸蓄电池

铅酸蓄电池市场需求量正逐年下降，增长速度自2000年以来已明显放缓。锂离子电池已经在电动自行车市场开启了大规模替代铅酸电池的进程，燃料电池正取代铅酸电池成为电动叉车的主要能量，其它市场的替代进程也陆续开始。铅蓄电池目前主要在中国、巴西、墨西哥等国生产。（见图表3）

（2）锂离子电池

1991年才实现商业化的锂离子电池产业发展速度最快。2005-2015年，全球锂电池市场规模从56 亿美元增长到230亿美元，复合年增长率高达15.2%。如以15.2%的年增长率，预计到2020年全球锂电池的市场规模将达到466亿美元。（见图表4）

2000年至2010年间，智能手机、平板电脑、移动电源等便携式锂电池等应用领域的发展是驱动锂电池行业持续增长的主要动力。2010年以后，锂离子电池在动力电池领域的应用逐步成熟，并逐步向新能源汽车等领域拓展。

2013 年电动汽车成为全球锂离子电池的第4大产品。（见图表5）

图表5：2013年全球锂电池下游应用领域分布情况

图表1：全球电池行业销售收入

图表2：全球主要电池产品销售收入占比

图表3：全球铅酸蓄电池市场规模

图表4：全球锂电池市场规模

新能源汽车强劲增长的需求推动动力电池成为锂电池重要组成部分，占比上升到2015年的28.26%。各类电动交通工具持续翻番增长将会成为推动锂离子电池、尤其是动力锂电池在未来的五到十年间蓬勃发展的主力。（见图表6）

储能市场（4G移动基站微站、家庭储能市场、分布式光伏发电等应用）将会成为锂离子电池的新蓝海。（见图表7）

全球锂电池产业呈“三足鼎立”态势。2014年中国、日本和韩国合计占有全球90%以上的市场份额。日本占据锂离子电池技术优势和高端产品市场，韩国迅速追赶，中国则更多集中在中低端市场竞争。（见图表8）

全球的锂电池产业在向中国转移。松下、三星、LG 等多家锂电池产业巨头纷纷在华设立子公司或将生产制造部门甚至研发部门迁至中国。

（3）燃料电池

全球燃料电池产量飞速增长。其中固定领域对增长的贡献最大，运输领域增长相对平稳，便携式领域几乎停滞不前。氢燃料电池发展迅速。2011年全球氢燃料电池市场规模为10.3亿美元，较2010年6.7亿美元成长54%。

固定式燃料电池未来增长潜力巨大。根据Pike Research的预测，到2022年固定式燃料电池的出货量将达到35万台，相对于目前的规模有一个巨幅的提升。加拿大的巴拉德动力公司和美国的Bloom Energy，Fuel Cell Energy，UTC Power是该领域的主要生产公司。

交通运输领域燃料电池已在物料搬运设备领域实现商业化。北美的Plugpower和加拿大巴拉德动力公司是主要厂商。未来发展主要集中在物料搬运设备市场和轻型燃料电池电动汽车上。

氢燃料电池在电动汽车发展中有望后来居上，突破只是时间问题。其发展机遇有：其一，全球燃料电池电动汽车已经从开发阶段进入市场导入阶段，成本的持续显著下降助推燃料电池汽车加快批量化生产进程；其二，激烈的专利竞争为燃料电池产业的发展奠定了技术基础（为了氢燃料电池车的发展，丰田汽车在2015年1月宣布开放其5680项燃料电池技术专利的使用权）；其三，全球汽车巨头在燃料电池汽车上的投入及相互合作，推动燃料电池商业化的快速发展；其四，政府补贴以及与燃料电池汽车的市场导入量相匹配的加氢站建设也在积极推进。目前全球加氢设施的发展主要集中在三大区域：北美、欧洲和日本。

根据预测，从2020年开始，全球燃料电池车销量出现大幅增长；2023年，全球燃料电池车销量有望突破1.5万辆，北美、欧洲和亚太地区基本上各占1/3；2024年，亚太地区的燃料电池车销量将超过欧洲和北美。

燃料电池在便携式领域的发展由于携带和使用安全等难题几乎处于停滞状态，未来在该领域的发展还需很长时间。

（4）太阳能电池

2008年以来，全球太阳能电池产能波动性增长，产量持续稳步增长。其中，全球EPC市场容量（非住宅光伏市场）迅猛增长。（见图表9）

图表6：全球动力锂电池的总容量需求增长趋势

图表7：2011年-2013年全球工业和储能市场对锂离子电池的需求（单位：万kWh）

图表8：2014年全球锂电池产业市场份额（分国别）

图表9：2008-2014年全球太阳能电池产能和产量

2011年，中国大陆光伏电池产能占全球总产能的60%，其余产能主要分布在美国、台湾省、韩国、欧洲等区域。在太阳能电池中，多晶电池仍为主流，产业集中度逐步提升。美国的First Solar公司掌握薄膜电池生产专利技术，是世界领先的太阳能光伏模块制造商之一。

在2012年以前，以德国、意大利、西班牙三国为代表的欧洲区域为全球光伏发展的核心地区，占全球总装机规模的70%。2013年以后，中、美、日三国成为主要增长区域，南非和印度成为了最有潜力的新兴市场。

全球光伏发电未来发展前景广阔。目前光伏行业的终端需求受各国政策变化的影响大。根据各国政策，日本、美国、英国、德国、西班牙等未来需求将减少，中国、印度、泰国、韩国、菲利宾、巴西、智利、洪都拉斯、乌拉圭、沙特阿拉伯、以色列、南非、阿尔及利亚、法国、土耳其、荷兰的新增需求将快速增加。

（5）镍氢电池和镍镉电池

镍镉电池呈现出年销量下滑态势。由于镉具有毒性，许多发达国家已建议禁止使用镉镍电池。传统镍镉电池在民用领域将被逐步取代。镍氢电池是早期的镍镉电池的替代产品，近年来市场在逐步萎缩。目前在移动电话、笔记本电脑等领域被钴酸锂等锂电池取代，在便携式电器市场、电动工具、电动车市场被锰酸锂电池和磷酸铁锂电池取代。镍镉电池和镍氢电池全面退出市场只是时间问题。

（6）原电池

原电池市场需求稳定，市场份额相对萎缩。2014年全球市场规模达136.6亿美元，占全部电池市场的18%，比2009年的24%有所下降。其中锌锰电池逐渐减少，碱锰电池增速缓慢，锂一次电池增速强劲。日本碱性电池产业发达，全球知名碱性电池厂商都集中在日本。美国和德国是主要碱性电池进出口贸易国。

3、国际电池行业的发展趋势

全球电池行业的发展有如下几方面的趋势。

（1）市场趋势

各类电池的市场规模此消彼长，以新能源作为材料的电池发展潜力巨大。铅酸蓄电池增长放缓；镍镉和镍氢电池市场持续萎缩；锂电子电池涨势迅猛；燃料电池市场突破在即；太阳能电池发展受各国相关政策影响大。

图表10：2002-2014年主要国家锂离子电池供应量格局变化趋势

图表11：全球16个主要电动汽车国家车用锂电池技术进步

图表12：电动车电池行业分国别技术迁徙

（2）生产趋势

全球电池产能在向中国转移。日本、韩国和欧洲的一些电池巨头由于成本或环保问题，纷纷在华设立子公司或将生产制造部门甚至研发部门迁至中国。如，日本和韩国的锂电池，欧洲的锂锰电池及太阳能/光伏电池等。（见图表10）

（3）技术趋势

第一，各主要新能源电池成本显著下降。而随着厂商扩大生产规模、调整融资、提高效率，这一趋势仍将持续。

2011年以来，动力锂电池成本价格下降了50%，能量密度也不断上升。（见图表11）。

燃料电池中铂的用量在过去十年间下降了80%，成本较2006年降低50%以上，且还存在继续下降的空间。交通运输用燃料电池的成本有望接近实现规模化生产、与内燃机汽车竞争的起始点。

图表13：技术前沿电池研发情况

太阳能发电技术成本在过去二十年已大幅下降，并将继续下降，能量转换效率也在不断的提升中。

第二，锂离子电池技术停滞不前，燃料电池重获重视并有新进展，两条技术路线将在较长时期齐头并进，未来新能源汽车技术构成不明朗；结合几种电池优势的混合产品率先实现量产和市场化。

①锂离子电池技术现状及趋势。

目前能够生产出的使用石墨负极的第一代锂电池的能量密度已离理论极限值（600Wh/L）不远，无法满足市场应用的需要，制约潜在需求的释放。

目前锂离子电池技术研发方向为第二代锂电池（使用硅负极，最高能取得800Wh/L左右的能量密度）和第三代锂电池（使用更高能量密度的金属负极甚至做到无负极，能超过1000Wh/L的能量密度）。

锂离子电池分国别技术迁徙趋势如图表12所示。

②燃料电池技术现状及趋势。

目前，交通领域燃料电池的功率密度达到了接近内燃机的水平。从燃料电池的寿命看，小车达到了5000小时，大巴超过了1万小时。

日本在燃料电池研发上处于世界领先。根据近年来燃料电池专利持有情况来看，各大汽车公司在近几年的专利数目节节攀升，其中丰田公司更是位居榜首。2014年，丰田推出首款量产版氢燃料电池车。

燃料电池的研发方向主要集中在如何解决质子传导膜的适用温度范围扩展、氢气储存和运输技术难度大、氢气安全性等问题，以及继续降低铂族金属作为催化剂的使用比例等。

目前各大电池企业和汽车巨头在锂电池和氢燃料电池研发上齐头并进，未来新能源动力车辆的技术构成不明朗。

③太阳能电池技术现状及趋势。

对于太阳电池来说最重要的参数是光电转换效率。晶硅电池因转换效率、运行可靠性等综合性能指标较优，成为目前光伏市场的主流。

太阳能电池的能量转换效率在不断提升（美国能源部国家再生能源实验室（NREL）实现了目前最高的45.7%的转换效率）；发电成本在过去二十年已大幅下降，并将继续下降。

高分子聚合物太阳能电池有望获得9%的光电转化效率，但距离聚合物电池投入商用的15%的光电转化效率尚有一定距离。

目前结合几种电池优势的混合电动汽车产品率先实现了产业化和市场化。诸如燃油混合动力汽车，以及联合使用风能、光能和储能的发电系统等过渡产品必将在某种占绝对优势的电池产品成功商业化之前长期存在。

第三，处于电池研发技术前沿的新能源终端电池，如锂硫电池、锂空气电池、铝空气电池、石墨烯电池、超级电容器等，凭借各自的突出优势有非常好的前景。但由于上述电池等各自在技术、成本和市场应用上的一些关键问题没有解决，产业化和商业化尚需时日。（见图表13）

二、国内电池行业

1、总体情况

图表14：全国铅酸蓄电池产量及增长率

图表15：我国主要铅酸蓄电池厂家地域分布

图表16：全国锂离子电池产量及增长率

图表17：我国主要锂离子电池厂家地域分布

进入二十一世纪以来，我国电池制造行业保持多年增长，在全球电池行业中的份额逐年增加。2013年全年实现主营业务收入4192.19亿元，利润总额162.92亿元，利润率5.94%。以锂离子电池为代表的新型电池发展迅猛，铅酸蓄电池发展呈稳健上升趋势，锌锰电池产量稍降，镍镉电池、镍氢电池和碱锰电池产量降幅较大。我国电池产业重点分布在广东、浙江、江苏、河北等省份。

2、主要电池类别发展现状

（1）铅酸蓄电池

我国是铅酸蓄电池的产销大国之一。2009年以来，我国铅酸蓄电池产量呈现上升趋势，2014 年达2.21亿千伏安时。（见图表14）

铅酸蓄电池的下游主要是电动汽车行业，以及作为通信基站的后备电池和储能电池。

拉动铅酸蓄电池2011年以来增长较快的电动自行车的市场容量已基本饱和，未来几年是锂离子电池大规模替代铅酸电池的时间。

随着环保、工艺落后的小企业将逐步退出生产，铅酸蓄电池的行业集中度将不断提升。

我国铅酸电池企业主要分布在长三角、珠三角地区以及天津、河北、四川等地。（见图表15）

（2）锂电池

①发展现状。2009年以来，我国锂离子电池的产业规模保持了较快的增长速度，高于其它类电池增速和全球增速。2014年，我国锂离子电池产量达52.9亿只，已是全球最大的锂离子电池制造基地。（见图表16）

我国锂离子电池企业主要分布在长三角、珠三角地区以及北京、天津、河南、四川、江西等地。（见图表17）

我国锂离子电池企业主要有ATL，比亚迪，天津力神，光宇国际、海特电子和深圳比克等。

我国锂离子电池整体还处于产业链低端。锂离子电池在安全性、续航能力、使用寿命、成本、使用便利性等方面急待提高和改进。高端动力和储能电池差距近两年来在缩小，但距离仍然比较大，是制约我国电动汽车发展的瓶颈。

②锂电子电池4大材料行业现状。在锂电池4大关键材料生产上，虽然目前我国在全球的市场份额远超日本和韩国（2014年），但整体来说工艺、技术水平不高，中低端产品产能过剩，行业集中度偏低，企业很难获得规模效益。在隔膜、电解液、动力锂电池的核心配方以及电池管理技术等方面，我们也都没有自己的核心技术，高端产品一直被日本、韩国、美国等国外企业把持。（见图表18）

③锂电子电池下游应用及趋势。

图表18：我国锂离子电池4大材料行业现状

图表19：2013年我国锂电池下游应用领域分布情况

图表20：中国太阳能电池产量及增长率

图表21：我国主要太阳能电池厂家地域分布

消费型及动力型锂离子电池产品需求增长是带动锂离子电池销量猛增的两大驱动力。（见图表19）

我国目前消费类电子产品市场中手机、平板电脑、笔记本电脑、数码相机等主要产品的市场容量已基本饱和，未来对锂电池增长拉动有限。

我国动力锂电池市场由于投资急剧扩张、技术水平不高，未来将在中低端产品上出现产能过剩和价格战。

（3）太阳能电池

2005年以来，我国太阳能电池产量快速增长。产业发展大致经历了高速增长及产能盲目扩张期、出口骤减进入产业寒冬期、政府扶持增加国内需求进入稳步回暖期这三个时期。（见图表20）

我国太阳能电池企业主要分布在江苏、浙江、四川以及北京、天津等地。无锡尚德是全球最大的太阳能面板制造商。（见图表21）

我国发展光伏产业的优势。

目前我国产业化生产的多晶硅和单晶硅电池平均转换效率处于全球领先水平。我国铟、镓资源丰富，加之铜铟镓硒技术的效率提升，使我国在太阳能电池制造成本上具有相当大的优势。

②我国光伏产业面临的问题。

第一，市场严重依赖出口。中国目前是太阳电池的生产大国、光伏发电市场应用的小国，光伏产业仍未改变出口为主的局面。

第二，电网方面，目前我国的智能电网建设仍然十分落后，存在诸多技术问题，新电改中的输配分离仍面临技术、资金、安全等困境。

第三，电站方面，分布式光伏发电需要在屋顶建立电站，但是投资方一般难以获得屋顶业主的产权。电站产权制度的设计是制约分布式光伏发电在居民中推进的一大阻碍。

③太阳能电池未来发展趋势。

目前国际光伏市场迅速发展、国内需求不断增加。未来发生像2012年全球性产能过剩问题的可能性不大，甚至可能面临首次太阳能电池板短缺的问题。随着我国西北部地区地面电站的逐渐饱和，以及光伏平价上网的条件达成，配合储能技术的成熟，未来东部及南部地区将兴起建分布式电站的热潮。

（4）镍镉电池和镍氢电池

随着锂电池对镍镉电池的替代和镍镉电池严重的环境污染问题，我国镍镉电池的市场规模急速下滑，生产镍镉电池的厂家数量不断减少，未来成长缺乏动力。（见图表22）

我国的镍氢电池产业经过近二十年的发展已经初具规模，目前产量和出口量居世界第一。重点生产区域有广东、、山东、江西、河南等省份。主要生产企业包括深圳德赛电池、湖南科力远新能源、惠州超霸电池等。

虽然镍氢电池是我国现在电池的主流方向之一，近年来其产量呈下降趋势，市场规模在萎缩。我国镍氢电池三大应用领域：电动车、便携式高耗电产品、电动玩具（2014年）。镍氢电池在大功率工业用动力电池方面有较大的应用占比，但未来成长空间有限。纯电动汽车的推进或影响镍氢电池前景。

（5）燃料电池

我国燃料电池汽车处于探索发展阶段，和国际相比有较大差距。截至目前，我国仅有200余辆燃料电池电动车示范运行，2015年燃料电池车产量仅有10辆。目前拥有燃料电池汽车整车生产技术的国内车企仅为上汽集团一家。虽然我国在燃料电池关键材料的研发已经达到国际水平，但在燃料电池发动机等产业链主要环节上还存在较大的发展空间。我国尚未形成明确的燃料电池汽车发展路线图，加氢站的建设任务也很艰巨（目前仅有北京、上海、郑州3座），未来燃料电池发展面临较多变数。

（6）原电池及电池组

我国原电池及原电池组行业产量平稳增长。2014年产量为384.42亿只（折R20标准只），比2007年的峰值略有下降。（见图表23）