能电池市场目前尚处于培育阶段,相比其他两类市场规模很小
近年来负极材料规模的迅速增长受益于新能源汽车发展:锂电池根据其应用可分为消费电池、动力电池和储能电池三类。消费电池主要用于手机、笔记本电脑、平板电脑、可穿戴设备等,是锂电池三大终端应用市场中规模最大的领域。储能电池市场目前尚处于培育阶段,相比其他两类市场规模很小。动力电池主要应用于新能源汽车生产,故而动力电池市场与新能源汽车市场高度重合。而我国近年来国家政策大力扶持新能源汽车,新能源汽车的爆发增长带动动力电池的增长,进而使负极材料的需求大幅上升,负极材料市场迅速扩大。
在负极材料需求量方面,通过对国内近年来锂电池的产量,再假设每KWH锂电池负极材料的平均用量为1.35kg,以此来对国内负极材料的需求数据进行分析。2011年我国负极材料行业需求约1.69万吨,到2018年需求达到了14.02万吨。
2018年我国锂电负极材料行业产量约19.2万吨,同比2017年的14.9万吨增长了28.9%,近几年我国锂电负极材料行业产量情况如下图所示:
2016年我国国内锂电负极材料市场规模为46.53亿元,2017年我国锂电负极材料市场规模增长至60.55亿元,2017年我国锂离子电池负极材料规模达78.23亿元。
2011年,我国软包锂离子电池负极材料需求量为0.41万吨,方形锂离子电池负极材料需求量为0.95万吨,圆柱锂离子电池负极材料需求量为0.33万吨。2018年,我国软包锂离子电池负极材料需求量为3.99万吨,方形锂离子电池负极材料需求量为6.92万吨,圆柱锂离子电池负极材料需求量为3.11万吨。
在汽车电动化趋势带动下,负极材料行业产能持续扩大。新能源汽车行业高景气度推动下,为了进一步降低成本、提高供应能力、增加市场份额,负极厂商扩产步伐依旧坚定,除此之外,已有部分企业跨界进入负极材料领域。
随着国家陆续出台新能源汽车补贴政策,我国新能源汽车销量大幅增长,2014年销量7.48万辆,2015年销量33.11万辆,2016年销量50.70万辆,2017年,新能源汽车产销分别完成79.4万辆和77.7万辆,同比分别增长53.8%和53.3%。其中,纯电动汽车产销分别完成66.7万辆和65.2万辆,同比分别增长59.8%和59.6%;插电式混合动力汽车产销分别为12.8万辆和12.4万辆,同比分别增长28.5%和26.9%。2011-2018年,我国新能源汽车产销量如下图所示:
工信部牵头编制的《汽车产业中长期发展规划》,明确到2020年我国新能源汽车年产量将达到200万辆,年均复合增长率40.93%。新能源汽车将成为我国锂电池负极材料需求量增长最快的领域。新能源汽车产业空间巨大,目前已正式进入成长期。《汽车产业中长期发展规划》及《节能与新能源汽车技术路线图》指出,到2020-2025年,我国要迈入世界汽车强国行列,实现新能源汽车全产业链发展。
智研咨询发布的《2019-2025年中国锂电池负极材料行业市场发展模式调研及投资趋势分析研究报告》指出:从技术角度来看,未来锂离子电池负极材料将会呈现出多样性的特点。随着技术的进步,目前的锂离子电池负极材料已经从单一的人造石墨发展到了天然石墨、中间相碳微球、人造石墨为主,软碳/硬碳、无定形碳、钛酸锂、硅碳合金等多种负极材料共存的局面。
就目前以及未来一定时期内,负极材料仍将以石墨类负极材料为主。一是因为新型负极材料的技术与应用还不成熟,还需要时间磨合与改进;二是石墨类负极的价格优势明显;三是石墨类负极材料与正极材料、电解液等其他锂电池材料相匹配的技术较为成熟。
不过,从长远来看,负极材料厂家在立足于石墨类负极材料的同时,需加大力度尽早开发出新型负极材料,抢占先机。因为石墨类负极材料的理论克容量为372mAh/g,市面上性能较好的石墨负极材料已经能达到360mAh/g,克容量逐渐趋于极限值,不能满足下游电芯日益增长的性能要求。目前业内关注比较多的新型负极材料有钛酸锂、硬碳、硅碳复合材料等。
新能源汽车的发展对动力电池的比能量不断提出更高的要求,工信部等四部委发布的《促进汽车动力电池产业发展行动方案》中提出,到2020年,新型锂离子动力电池单体比能量超300Wh/公斤,系统比能量达260Wh/公斤;到2025年,单体比能量达500Wh/公斤。传统石墨很难达到这一要求,而硅碳复合材料的超高理论能量密度可以显著提升单体比容量,有望成为未来主流负极材料。
硅与碳的相似化学性质为其结合提供了理论依据,但不同的结合方式也对复合材料的性能起着重大影响。硅碳复合材料主要分为三种结构:包覆型、嵌入性、掺杂型。包覆型的表面碳层主要为无定型碳,嵌入型碳基质主要为无定型碳、石墨和石墨烯等,目前掺杂型硅碳复合材料为研究热点。
国外企业已经实现硅碳负极材料量产,松下2013年量产的NCR18650C型号电池即采用硅碳负极材料;日本GS汤浅推出的硅基负极材料锂电池也已应用于三菱汽车;特斯拉推出的Model3成功应用硅碳负极材料,实现300Wh/kg比能量,更加明确了硅碳负极的未来地位。