圆柱动力锂电池发展趋势分析

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1、圆柱动力锂电池发展趋势分析一、 圆柱动力锂电池发展趋势目前，锂电池经过20多年的应用发展，技术趋于成熟，产业配套全面，成为新能源汽车主流动力选择，圆柱锂电池凭借安全性优势越来越受到国际高端车型的青睐。为了提升电池系统能量密度和减少电芯数量、降低成本，方形、圆柱、软包电池都出现了单体电芯尺寸扩大化的发展趋势。圆柱电池领域出现了18650电池21700电池4680电池的尺寸容量扩大趋势，大尺寸容量圆柱锂电池具有单体容量高、单位材料成本低、能量密度高等优势。面对三足鼎立的竞争局面，圆柱电池一方面持续提升产品性能，巩固及提升动力电池市场份额，另一方面积极开拓新兴细分市场，实现产业应用领域对需求的带动正

2、在。圆柱电池在电池安全性、续航里程、应用领域产品成本方面均具备自身独有优势，可实现与其他形态电池的差异化竞争，未来市场空间广阔：1）在电池安全性方面，圆柱电池凭借单体体积小、盖帽结构方面应用CID装置等特点在三类电池中安全性能最好，随着新能源汽车的逐渐普及，电池使用的安全性必将成为消费者最关注的问题。另外，BMS管理系统的日渐完善也将为圆柱电池的安全使用提供技术保障。2）在续航里程方面，锂电池企业持续改进电池材料体系，优化电池结构，特斯拉新能源汽车已成熟应用21700圆柱锂电池，并将逐渐采用4680圆柱锂电池，通过提升电池能量密度、电池包的空间利用率，从而满足电动车长续航里程要求。3）在应用领

3、域方面，圆柱电池具有体积小的特点，除了乘用车和物流车等市场的应用，还积极进入电动工具、电动自行车、智能家居等小动力市场，应用场景广泛，与方形和软包电池实现差异化竞争。4）在产品成本方面，圆柱电池的生产工艺成熟度高，凭借性价比高、交期快和标准化等优势，在国内新能源补贴完全退出后，圆柱电池将进一步体现出成本优势。目前，方形、圆柱和软包三类电池在全球市场呈三足鼎立的竞争格局，均有较大的市场发展空间，电池特性各有优劣。终端应用领域对电池使用的安全性均有极高要求，有利于锂电池安全结构件企业的长远发展。二、 电解液行业有望提前进入洗牌期电解液是锂离子电池四大主材之一，理想的电解液需要具备高电导率、高热稳定

4、性、高化学稳定性、高电级兼容性、低成本等特性。电解液是锂离子电池中离子传输传导电流的作用，是电池充放电能顺利进行的基本保障。首先要起到良好运输离子作用，电解液需要具备较高的电导率；此外，电解液还需要具有较高的热稳定性和化学稳定性，不会轻易发生热分解，在较宽电压范围内能保持较为稳定的温度，在长循环时自身不发生化学反应；第三，电解液需要与电机拥有很高的兼容性，能在负极上形成稳定的SEI膜；最后，大批量使用的电解液需要具备绿色、低成本等特点。电解液的选择会影响电池各项主要性能，尤其是倍率性能、高低温性能、循环次数。（1）能量密度：虽然电极材料是决定锂离子电池比容量的先决条件，但电极材料的嵌、脱锂过程

5、和循环过程始终是与电解质相互作用的过程，电解质也在很大程度上影响电极材料的可逆容量；（2）内阻：电池内阻为欧姆内阻、电极/电解质界面电阻和极化内阻之和，其中前两项皆与电解液有关；（3）倍率性能：电池的倍率充放电性能取决于锂离子在电极材料中的迁移率、电解质的电导率、电极/电解质相界面的锂离子迁移率，其中后两者都与电解液的组成和性质密切相关；（4）高温性能：电池的高温性能主要取决于温度升高时电极/电解质相界面的副反应剧烈程度，需要提高电解质在高温情况下的稳定性；（5）循环寿命：电池老化的原因包括活性比表面积减小、活性物质脱落、某些材料在电解质中被腐蚀、隔膜破损、电解质出现过多杂质，均与电解液对电极

6、材料的浸润及电解液的性质有关。（6）安全性：锂离子电池在大电流充放电的情况下可能导致温度快速升高，如果能研发出不燃烧的电解质体系，可从根本上消除电池的安全隐患。电解液行业具备投资强度低、周转率高、龙头净利率较高的特点，ROE具备优势。根据各公司非公开发行等募投资金情况，电解液一体化产线单GWh投资额仅213万元，电解液具备轻资产快周转特征。为了剔除2021年以来碳酸锂大幅涨价对行业利润分配的影响，选取锂电池产业链已经较为成熟的2020年为例，电解液龙头企业天赐材料净利率达到12%，对应单GWh净利432万元，静态投资回报期仅需要049年，在锂电池全产业链中电解液龙头的ROE具备明显优势。电解液

7、的用量会对电池容量、循环寿命、安全性能产生影响。电解液添加量至少应该保证隔膜被浸润充分，否则会导致活性物质的充放电容量发挥较低；电池在循环过程中电解液会因为副反应受到消耗，而电解液含量过少会导致导电率降低，加速局部电解液的分解或者挥发，加快恶化电池循环性能；同时电解液量过少时，电池内阻大，发热多容易导致电解液迅速分解产气，隔膜融化，造成电池气胀短路爆炸。因此未来常规电池中的电解液用量预计将保持较为稳定水平，高安全性、长循环寿命电池的电解液用量有望得到提升。三、 行业投资热情高涨，全链加强协同合作据不完全统计，2022年仅电芯环节规划项目40余个，规划总产能超12TWh，规划投资4300亿元。上

8、游产品价格高位震荡，锂电二阶材料价格反复冲高回落，电池级碳酸锂、电池级氢氧化锂（微粉级）2022年均价分别达481万元/吨、464万元/吨。锂电企业通过投资参股、签订长单、联合攻关等多种形式，加强产业链上下游合作。四、 产量持续快速增长，产业规模不断扩大根据行业规范公告企业信息及研究机构测算，2022年全国锂离子电池产量达750GWh，同比增长超过130%，其中储能型锂电产量突破100GWh；正极材料、负极材料、隔膜、电解液等锂电一阶材料产量分别约为185万吨、140万吨、130亿平方米、85万吨，同比增长均达60%以上；产业规模进一步扩大，行业总产值突破12万亿元。五、 全球锂电池电解液出货

9、量预计2025年全球锂电池电解液出货量有望超过250万吨。关键假设：（1）2023年起国内电动车销量保持30%的同比增速；欧洲新能源车销量在2022年由于汽车供应链问题受到压制，预计2023年起保持30%的同比增速；美国新能源车基数较低，预计2023-2025年增速分别为60%、50%、40%。（2）动力电池中三元电池占比从2021年的73%逐步下降至40%，磷酸铁锂电池占比逐步上升至50%；二轮车电池磷酸铁锂电池占比从2021年的234%逐步上升至2025年的30%；电化学储能电池中磷酸铁锂电池占比保持在95%。（3）由于长续航储能电池及高安全性动力电池需要保持较高的电解液用量，预计未来几年

10、电解液单耗保持不变，磷酸铁锂电池单GWh电解液消耗量为1200吨，三元电池单GWh电解液消耗量保持在800吨。电解液生产流程主要为化工生产过程，原料的选择和生产是影响电解液性能和成本的关键。相比需要烧结的正极、需要石墨化的负极、需要拉伸分切对设备要求高的隔膜，电解液在溶质、溶剂、添加剂生产完成后只需按照配方进行混合罐装，生产流程主要为化工生产过程。从性能端来看，电解液的产品性能主要取决于溶质的种类选择、添加剂体系的性能、溶质溶剂的产品纯度；从成本端来看，电解液的降本途径主要包括原料生产路径的创新、副产品的梯次利用、原料制造的规模效应。因此电解液的性价比主要取决于溶质、溶剂、添加剂三大原料的选择

11、和生产是否具有优势。六、 锂电池行业现状锂电池具有能量比高、使用寿命长、额定电压高、具备高功率承受力、自放电率低、重量轻、高低温适应性强、绿色环保等特点，其大致可以分金属锂电池和锂离子电池两大类。（一）锂离子电池锂离子电池是指以锂离子嵌入化合物为正极材料电池的总称，是一种二次电池，也就是常说的充电电池。锂离子电池以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，没有金属锂存在，只有锂离子，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。锂离子电池的主要组成部分有：1、正极活性物质

12、一般为锰酸锂或者钴酸锂、镍钴锰酸锂材料，比如电动自行车普遍用镍钴锰酸锂或者再加少量锰酸锂，纯的锰酸锂和磷酸铁锂则由于体积大、性能不好或成本高而逐渐淡出。导电极流体使用的是厚度1020微米的电解铝箔。2、隔膜一种经特殊成型的高分子薄膜，薄膜有微孔结构，可以让锂离子自由通过，而电子不能通过。3、负极活性物质为石墨，或近似石墨结构的碳，导电集流体使用厚度7-15微米的电解铜箔。4、有机电解液溶解有六氟磷酸锂的碳酸酯类溶剂，聚合物的则使用凝胶状电解液。5、电池外壳分为钢壳、铝壳、镀镍铁壳、铝塑膜等，还有电池的盖帽，也是电池的正负极引出端。锂离子电池由于其相较于金属锂电池更安全的特性，成为目前市场上主要

13、的锂电池产品，甚至在很多人的认知中，锂电池就是指的锂离子电池。（二）固态锂电池固态锂电池是用金属锂作为电极的一种储能电池，比能量极高，可以分为一次性电池和可充电固态锂电池。一次性固态锂电池跟普通干电池的原理一样，它是用金属锂作为电极，通过金属锂的腐蚀或叫氧化来产生电能的，用完就废了，不能充电。至于可充电固态锂电池，在实际应用的过程中依旧面临着许多难点。锂金属具有较高反应活性，容易与有机电解液反应生成Li2CO3、LiOH、Li2O、Li3N、LiF等无机产物和ROCO2Li、ROLi、RCOO2Li（R是烷基官能团）等有机产物。这些反应会导致锂金属和电解液的利用率降低，并会伴随着大量的气体产生

14、，容易引发锂金属电池的安全隐患。此外还有固态锂电池的锂枝晶带来的影响。枝晶可在锂表面堆积，渗透到固体电解液中，最终从一个电极交叉到另一个电极，使电池短路，进而引发一些安全事故。七、 技术进步加快步伐，先进产品层出不穷骨干企业围绕高效系统集成、超大容量电芯等方向加快布局，先进电池产品系统能量密度超过250GWh/kg；柔性、耐低温、防水性的新型电池产品在冬奥装备上成功应用；新一代信息技术与新型储能产品进一步融合，智能液冷技术等显著增强储能系统热管理水平，降低系统安全隐患。八、 储能行业迅猛发展如今，储能行业已经从附属于光伏发电、风力发电的一个分支，逐渐独立出来，成为独立的投资主题，受到投资者们越

15、来越多的关注。储能行业也从商业化起步逐渐走向了规模化发展。随着国家、地方层面储能政策的密集出台，各环节储能发展模式正在走向成熟。形成了围绕电池开展，主要包括上游原材料及零部件的供应商，中游的电池、变流器、管理系统、其他设备和系统集成，下游包括发电侧、电网侧、用电侧的应用场景。储能的产业链逐渐成熟，叠加政策支持，将迎来快速发展期。随着技术的进步与产能的扩张，近年来风电、光伏的发电成本与锂离子电池的制造成本降幅显著，在新能源上网侧平价的基础上，当前全球正朝着新能源+储能平价的方向快速前进。另一方面，储能在电力系统中的定位与商业模式正日渐清晰，目前美国、欧洲等发达地区储能市场化发展的机制已基本建立，

16、新兴市场的电力系统改革亦持续加速，储能行业规模化发展的条件已经成熟。随着新能源汽车产业的快速发展，动力锂电池成为拉动行业增长的主要原因。然而，动力电池容量会随着使用次数的增加而不断降低，电量衰减至80%之后就无法满足为新能源汽车提供动力，而不得不面临淘汰，便只能进入回收处理阶段。预计2023年退役的废旧电池将超过20万吨，回收废旧电池的相关产业规模就达到140亿元，回收废旧锂电池会成为锂电池衍生产业中较为重要的一环。一方面，锂电池是由镍、钴、锂等重金属原料组成，随意丢弃会对自然环境造成巨大危害，也不符合中国的环保政策要求。另一方面，镍、钴、锂是不可再生资源，也是中国的重要战略资源，自然中提取工

17、艺复杂且含量稀缺，且提取量远低于废旧电池提取量，如果废旧锂电池得到充分回收，将大幅减少现行的挖掘成本，且对环境友好，利于提高可持续发展。既然是未来一片光明的行业，自然也少不了各大企业的布局。目前动力电池回收利用市场的参与方可以分为四类：第一类是以比亚迪、吉利汽车等为代表的汽车生产企业；第二类是以宁德时代、南都电源等为代表的电池及储能企业；第三类是以格林美、天齐锂业等为代表的电池材料企业；第四类是以天奇股份、旺能环境等为代表的第三方企业，都在不断地加大投入，以期在未来电池回收赛道提速后，获得更多的加速度。总的来说，从1991年索尼发布首个锂离子电池至今，锂电池行业已经走过了31个年头我国在锂电池

18、行业已经从追赶者变成领先者，且与其他国家的差距也越拉越大。之所以我国可以在新能源领域有如此大的成果，一方面是为了实现双碳目标的努力，谁都知道牺牲环境发展经济的方式，不是长久之计，但是没办法，当时的形势，要技术没技术要人才没人才，不牺牲环境发展低端制造业，国家就得不到发展，人民就很难得到好的生活条件。随着竭泽而渔式发展经济，传统汽车排放的尾气，以及传统的铅酸电池带来的环境污染的恶果逐渐显现，这直接加剧了人们对清洁能源的渴望。石油是重要的战略资源，石油储备对每个国家都很重要。然而，我国石油储量并不丰富且开采技术难度也很高，需求大部分需要依靠进口来满足，曾经还在能源方面被国外各种掣肘，可以说能源危机

19、始终伴随着国家的发展。近些年，随着经济快速发展，汽车保有量持续飙升，我国已经成为石油第一消费大国，石油缺口也就越来越大，使我国的经济发展时刻面临国际形势的影响。而随着国家的工业基础基本完善，锂电池的诞生并在中国扎根发展，有了摆脱能源的制约，让国家经济又快又好的发展希望，自然会吸引到国家政策、企业、资本等各方面的投入，为锂电池行业从落后到领先的跨越提供充足条件。综上来看不管是能源危机还是环保政策都是锂电池发展的动力，并且市场需求也在逐渐增加未来发展前景向好。但是，锂电池的制造离不开锂，全球的锂资源如同石油一样是有限的，并且中国锂资源相对缺乏，因此中国电池级锂材料市场缺口较大，许多锂电池企业的锂电

20、池生产材料都要依赖于国外补足。目前，根据美国地质调查局统计（USGS-2021），全球已探明锂资源储量约为8600万吨，主要集中在南美锂三角（玻利维亚、智利、阿根廷），中国占比57%左右，这对高速发展的锂电池行业来说，是远远无法满足的。因此，中国许多锂资源企业开始转向海外投资，如赣锋锂业就投资了墨西哥、爱尔兰、阿根廷等国的锂资源项目，天齐锂业投资了澳大利亚、智利等国锂资源项目。目前，中国相关企业已掌握了全球一半以上的锂矿资源，但在全球锂资源需求快速扩大的趋势下，全球锂资源拥有国相关部门都会加紧对本国锂资源的调控，比如今年美国通过的通胀削减法案相关条款规定：即自2024年起，将全面禁用产自中国的电池组件，自2025年起，全面禁用产自中国的矿物原材料。所以为了保证自己国家有足够的锂矿生产锂电池，未来全球锂资源争夺战将进一步加剧。2022年，我国锂离子电池行业坚持供给侧结构性改革，加快技术创新和转型升级发展，不断提升先进产品供给能力，总体保持快速增长态势。