2023年,在下游新能源汽車旺盛需求的帶動下,中國動力電池市場維持了高速增長態勢。據統計,2023年中國動力電池裝機量為385.2GWh,同比增長30.8%。基于良好的市場需求和完善的產業鏈供應鏈支持,預計未來三年中國動力電池市場仍將實現30%的復合增長率,具有良好的市場前景。
動力電池行業概況
1 什么是動力電池
動力電池是一種為各種機械設備或車輛提供動力來源的電源系統。它們通常用于電動汽車、電動列車、電動自行車、高爾夫球車等交通工具。與普通的啟動電池不同,動力電池不僅要求有較高的能量輸出,還需要較大的容量和盡可能輕的質量。動力電池的類型多樣,包括但不限于鋰離子電池、金屬氫化物鎳電池、超級電容器等,而不包括傳統的鉛酸電池。鋰電池在作為動力電池時應用廣泛,但并非所有鋰電池都適用于這一領域。
目前,動力電池的組裝從小到大可以分為三個層級:電芯(也稱為電池單體)、電池模組和電池包。
- 電芯Cell:主要由正極、負極、隔膜和電解液組成。主要工作原理是靠鋰離子在正極和負極之間的遷移實現充電和放電。充電過程需要外界能量,即電網電能,相當于把電網的電能儲存在電池中;放電過程可自發完成,這個過程將儲存的能量釋放出來。鋰電車電池根據材料體系主要分為三類:錳酸鋰、三元材料鋰電池、磷酸鐵鋰。這三類電池性能各有優缺點,在市場當中也有著不同的應用。三類鋰電池材料特性對比,錳酸鋰價格最低。
- 電池模組Module:由多個電池電芯通過串并聯方式組合而成,并且加裝了單體電池監控與管理裝置,形成電芯與電池包之間的中間產品。模組的結構設計需要對電芯起到支撐、固定和保護作用,使得電池電芯能夠在電池包中安全穩定地工作。
- 電池包PACK:是一種鋰離子電池的制作工藝,指將多個鋰離子單體電芯組通過并串聯的方式連接而成,并考慮系統機械強度、熱管理、BMS 匹配等問題。其重要的技術體現在整體結構設計、焊接和加工工藝控制、防護等級、主動熱管理系統等。如將2個電池串聯或并聯起來,按照客戶要求組成某一特定形狀,就叫它PACK。
2 動力電池成本結構
根據《鋰電池新能源汽車全生命周期成本研究2023》,我國動力鋰電池電芯成本構成中,正極材料占比最高,約為40%;其次是隔膜,占比為25-30%;電解液占比15%-20%;負極材料占比10%左右。
2023年,這四大動力鋰電池材料價格均出現不同程度下跌,其中成本占比最高的正極材料價格下跌幅度最大,1-12月磷酸鐵鋰-動力型價格降幅為69.5%,三元材料-動力型價格降幅為58.5%。動力鋰電池材料價格的全面下降使動力鋰電池生產成本出現較大幅度下降,從而驅動動力鋰電池價格下跌。
2023年中國主要動力鋰電池價格變化情況(單位萬元/噸,元/㎡,%)
動力電池行業格局
2024年1-6月,我國動力和其他電池累計產量為430.0GWh,累計同比增長36.9%;累計銷量為402.6GWh,累計同比增長40.3%;累計出口達73.7GWh,累計同比增長18.6%;累計裝車量203.3GWh, 累計同比增長33.7%。
從動力電池企業裝車量排名來看,2024年上半年國內動力電池企業裝車量TOP15的企業分別是:寧德時代、比亞迪、中創新航、億緯鋰能、國軒高科、蜂巢能源、欣旺達、瑞浦蘭鈞、正力新能、LG新能源、極電新能源、孚能科技、多氟多、因湃電池、安馳新能源。其中寧德時代位列第一,裝車量達到93.31GWh,占比近50%,比亞迪以50.51GWh的裝車量排名第二,市占率25.1%,同比下滑4.75個百分點。
在三元動力電池方面,2024年上半年寧德時代以絕對的實力領跑全場,裝車量達到40.87GWh,市占率達68.02%,而排在第二位的中創新航的市占率僅為8.88%。特別說明的是,為了實現了磷酸鐵鋰電池市占率的提升,比亞迪很早就把大部分精力放在了研發磷酸鐵鋰電池上,而在三元動力電池方面,比亞迪從5月份上榜后,于6月份躍升至第十位,裝車量0.04GWh,市場占比0.38%,可以看出比亞迪正在向三元動力電池領域發起“沖擊”。
磷酸鐵鋰動力電池市場格局也發生了變化,寧德時代反超比亞迪成為市占率第一。從數據來看,今年上半年寧德時代磷酸鐵鋰動力電池裝車量為52.43 GWh,以37.19%的市占率超越比亞迪——后者市占率為35.79%。從同比變動數據看,寧德時代增長了2.13%,而比亞迪則同比下降了7.89%。
綜合來看寧德時代和比亞迪的市占率高達71.48%,接近市場總和的四分之三,而第三的中創新航市占率僅有6.87%,動力電池兩大超級企業的行業地位短時間內是不可撼動的。
動力電池技術展望
1 800V高壓架構產品放量疊加平價快充電池落地
應用端加速布局800V高壓平臺,行業標準引領下快充趨勢愈發明顯。基于2015年發布的GB/T20234.3-2015《電動汽車傳導充電用連接裝置——第3部分:直流充電接口》中對直流充電接口上限 250A 的標準要求,我國車企的快充解決方案主要在提升整車電壓平臺以實快充功率的提升,電壓平臺由 350~400V 逐步向750~800V 演進,目前 800V 以上高壓平臺車型已成為頭部車企布局的主力產品矩陣,2023 年小鵬G6、阿維塔12、埃安昊鉑GT等滿足 800V+3C以上高壓快充的高端車型密集上市實現量產交付,行業高壓快充需求開始加速釋放,2024年有望成為高壓快充放量元年,預計到 2026年800V及以上高壓平臺車型銷量占國內新能源車比例將達50%,保有量將超1,300萬輛。
2 多家企業大圓柱電池放量在即,密切關注規模化生產進程
4680大圓柱電池指的是直徑46mm、高度80mm的圓柱電池,于特斯拉2020 年電池日上發布,是圓柱電池從較小的 1865 到 2170 之后,進一步的結構設計創新。4680 電池尺寸與容量增大,使得整體電池包空間利用率和成組效率得到提升,進而提升了電池的能量密度,相較2170電池單體容量提高5倍,續航提高16%;
同時在總容量相同時 4680 使用電池單體大幅減少,特斯拉方案下2170 需要約 4,400 個電芯,而 4680 僅需830個電芯,電芯數量的減少使得結構件的用量同步下降,有效帶動電池降本,單 kWh 成本降低 14%。4680電池在材料與系統結構方面有諸多創新,全極耳設計降低內阻發熱,更切合高倍率性能的快充應用場景。采用更激進的硅基負極+高鎳正極,進一步提升電芯能量密度。 尺寸升級使得電池結構強度增大,能更好地適配 CTC技術。
除特斯拉加速推進 4680 電池落地及大規模應用外,寶馬、通用、江淮等海內外車企均已公開宣布將使用或考慮使用大圓柱電池,大圓柱電池的批量應用進程有望提速。
3 多領域應用落地提速,鈉離子電池滲透率有望開啟上升階段
成本端與資源儲備優勢備受關注,動力儲能領域應用前景廣闊。工作原理的相似性讓鈉離子電池和鋰離子電池具備很高的可比較性。從原材料端考慮,此前鋰鹽價格持續上探,一度逼近 60 萬元/噸,使得鋰電池的原材料受制于成本波動與供應穩定性雙重風險,而鈉元素儲量豐富資源易得且價格低廉,相比之下全球鋰資源分布不均且存在地緣風險隱患,業內普遍認為鈉電池形成規模化生產后,成本有望下降到 500 元/kWh 以下。
此外鈉電池性能較為優良,具備較好的低溫性能、安全性、倍率性能與循環次數,其能量密度(70-200Wh/kg)強于鉛酸電池(30-50Wh/kg)并與磷酸鐵鋰電池(150-210Wh/kg)有重疊區間,同時鈉電池正負極集流體材料均可用鋁箔,在電池材料層面更具成本優勢,因此在新能源車動力和大規模儲能領域均表現出了強大應用潛力。同時出于長期資源戰略儲備考量,鈉電池是新能源電池體系降本、保障供應鏈安全的優選互補方案。
鈉電池在儲能、電動兩輪車與新能源汽車市場開始逐漸應用落地。2022 年底,鈉電池產能僅 2GWh,即中科海鈉建成的 2GWh 鈉離子電池量產生產線。隨著傳藝科技、眾鈉能源、派能科技等代表性企業相繼入局,鈉離子電池產業化進程開始加速推進,正負極及電解液等相關材料配套產業鏈也初步形成。目前約 20 家企業已有明確鈉離子電池產能規劃,且部分企業產能規劃已達 GWh級,2023~2024 年,相關企業將陸續迎來鈉電池量產。
各企業鈉離子電池產能規劃情況
結語
在新能源汽車、儲能系統等應用端需求旺盛及“雙碳”深入推進的雙重作用下,中國鋰電池行業投資從2017年428億元,到2023年總投資已突破萬億元,在億元以上的重大制造項目超260個,在可以預見的未來動力電池行業仍將持續高速發展,為新能源汽車、電力儲能等行業注入新的活力。
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