锂离子电池产业链发展研究

墨柯

1 前言

现在俗称的“锂电池”，准确的叫法是“锂离子电池”，它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动进行工作：充电时，锂离子从正极脱嵌，在电解液中游动穿过隔膜嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。这个过程中的相关材料——正极材料、负极材料、电解液（液态电解质）和隔膜被称为“锂离子电池4大关键材料”。除此之外，制造锂离子电池所需的其他材料还有铝箔（粘接正极材料的载体）、铜箔（粘接负极材料的载体）、粘接剂、绝缘件、结构件（壳体盖板）等。

与铅酸电池、镍氢电池、镍镉电池等其他二次电池（充电电池）相比，锂离子电池问世的时间最晚，全球第1只锂离子电池由索尼公司在1990年推向市场。由于性能全面占优，不仅能量密度高、使用相对安全、没有记忆效应，而且环保（不含铅、镉、汞等对环境有污染的元素），所以锂离子电池自问世以来就发展迅猛，市场规模飞速扩大，未来几年将超越铅酸电池而成为用量最大的二次电池产品。

锂离子电池正在全面替代其他二次电池。在曾经镍镉电池最大的应用市场——电动工具市场中，锂离子电池已经完成了全面替代，目前市场占有率已超过95%（见图1）。在消费类电子产品市场，镍氢电池受锂离子电池挤压已基本退出市场；在混合动力汽车（HEV）市场，镍氢电池虽然还占据主流，但应用比例逐年下降。在电动自行车、电动三轮车、低速电动汽车以及移动基站电源等铅酸电池的主要应用市场，锂离子电池的替代速度也日益加快；在铅酸电池应用最大的车辆启动电源市场，锂离子电池也在开始尝试替代。

智能化的发展离不开锂离子电池技术的进步。移动通信终端智能化的快速发展——智能手机的迅速普及，得益于锂离子电池的应用。汽车智能化的前提是汽车电动化，正在如火如荼开展的电动汽车发展浪潮，是因为锂离子电池才得以实现。未来电网也将智能化，而智能电网的实现也需要依赖锂离子电池。总之，每一波的智能化浪潮，都会让锂离子电池市场规模呈现几何级数的爆发式增长。

未来是否有替代锂离子电池的新的二次电池技术出现？真锂研究认为，这需要在性能（以能量密度为核心）和成本综合权衡做得更好才能实现，起码短期内无太大变化。锂离子电池取代铅酸电池之所以成为确定趋势，是因为它综合性能优于铅酸电池数倍的同时，在市场规模只有铅酸电池一半的情况下，其成本却接近于铅酸电池（目前锂离子电池售价已降到1元/Wh以内，且还在继续下降；铅酸电池是0.6元/Wh且已不再下降）。同时，锂离子电池的能量密度还有较大的提升空间，成本也还有较大的下降空间。综合来看，锂离子电池统治二次电池市场的时间会比较长。

2 全球锂电产业链发展情况

前面提到，智能化的发展得益于锂离子电池的应用，也成就了锂电产业链的大爆发。以笔记本电脑、手机、平板电脑为代表的消费类电子产品开启了智能化的第一阶段进程，索尼的第一只商业化锂离子电池（18 650电池）就是用在笔记本电脑上，直接推动了笔记本电脑的快速普及；方形锂离子电池产品的成功开发，直接推动了功能手机的迅速普及；而软包锂离子电池的应用则让智能手机快速上位，笔记本电脑向更为轻薄的“超极本”发展，同时，还在不断创造新产品和新市场，如平板电脑、蓝牙音响、智能手表以及其他可穿戴设备等。真锂研究的统计数据显示，消费类电子产品市场对锂离子电池的需求，从1990年的0.5万kWh迅猛发展到2017年的640 609万kWh，28年间年均复合增长率高达40.4%。目前，消费类电子产品市场的锂电需求已基本饱和。

移动通信终端智能化的普及以及锂离子电池技术的发展为汽车智能化提供了沃土，电动汽车应运而生。2010年12月，通用和日产先后在美国市场推出电动汽车产品VOLT和LEAF，开启了智能化的第2阶段进程。在被称为“电动汽车商业化元年”的2011年，全球共产销电动汽车6.8万辆，对应的锂离子电池需求176.7万kWh。2017年，全球共產销电动汽车140万辆，7年间年均复合增长率高达54%；对应的锂离子电池需求5 370万kWh，年均复合增长率高达63%。汽车电动化时代已经到来。电动汽车的大发展也直接带动了锂离子电池在电动自行车、电动三轮车、低速电动汽车等其他交通工具上的应用。2017年，全球交通工具市场的锂电需求为6 667万kWh，已超越消费类电子产品市场而成为锂离子电池最大的应用市场。

汽车的电动化和智能化才刚刚开始。主要国家和车企巨头大都已发布雄心勃勃的电动汽车发展计划，而且还在不断调高目标数值。中国计划2020年电动乘用车产销量超200万辆，2025年电动汽车销量占比将达到20%（以总量3 000万辆计，2025年将会达到750万辆），2030年将达到50%（见图2）；德国、英国、印度、荷兰等国已先后发布燃油车停售时间表，大致都是在2030-2040年间。德国大众集团于2018年签订了总标的额达400亿欧元的动力电池采购合同，较该集团数周之前公布的采购总额翻了一番。大众集团在2018年举行的年度股东大会上向投资者承诺，该集团一直到2025年计划每年售出300万辆电动汽车。通用、雷诺-日产、宝马、奔驰乃至丰田等其他海外车企巨头以及中国主要车企也都有类似的宏伟计划，这里就不赘述。总之，今后多年，电动汽车市场对锂电的需求都将维持高速增长态势。

以终端产品携带的电池电量而言，手机等消费类电子产品以“瓦时”计，电动汽车以“千瓦时”计。电动汽车的大发展使得人类探索锂离子电池“兆瓦时”级的应用成为了可能（1MWh=1 000kWh=0.1万kWh）。于是，智能化开启了第3阶段——智能电网储能市场。大致从2011年开始，日本、美国、中国和欧洲等国家和地区越来越频繁地开展相关储能项目的实证试验。其中，中国国家电网2011年12月25日投入试运营的“张北风光储输示范工程”是当时规模最大的项目，共使用了9.5万kWh的二次电池，用来存储风电和光电所发电力，其中锂离子电池6.3万kWh。