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锂电池小身材大学问:发现手机电池隐形冠军
通信产业网|2018-12-17 15:47:29
作者:康嘉林来源:通信产业网

【通信产业网讯】(记者 康嘉林)如果说人类唯一一个随身携带的能源设备,那就是锂电池了,确切的称呼则是锂离子电池。锂离子电池具有输出电压高、能量密度大、自放电小、循环寿命长、无记忆效应、可快速充放电和绿色环保等优点,其应用领域可以分为动力类领域和非动力类领域。锂离子电池的动力类领域包括电动汽车、电动公交车、低速电动汽车、电动三轮车和电动自行车等;非动力类锂离子电池应用领域主要包括消费类电子产品(如手机)和储能领域。

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锂离子电池产业从上世纪90年代初诞生以来,整个产业从日本垄断,到日韩争霸,到现在中日韩三足鼎立,而后则或许将从“三国杀”逐渐开始向中国垄断的方向发展。一批批龙头企业与隐形冠军快速崛起、交相辉映。

上游:四大材料为核心

锂离子电池产业链经过近二十年的发展,已经形成了一个专业化程度高、分工明晰的产业链体系。其中,锂电池行业的中上游产业主要包括隔膜、电解液、正极材料、负极材料四大基础材料。

正极材料

正极材料在锂电池的总成本中占据40%以上的比例,并且正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标,所以锂电池正极材料在锂电池中占据核心地位。虽然锂电池正极材料具有广阔的市场,前景十分乐观,但锂电池正极材料还存在一定的技术瓶颈,这尤为体现在正极材料电容量高与安全性能强的优势并未完全充分发挥。

在全球市场竞争方面,日本和韩国企业正极材料以三元材料为主,中国也在逐渐开始使用三元材料,国外的竞争对手主要是韩国企业L&F和日本企业日亚化学两大企业,也都是三元材料为主。

而国内正极材料市场发展迅速,产能建设保障公司龙头地位。近年来全球锂电池产业中心进一步向中国偏移,带动上游正极材料市场高速发展。

正极材料公司杉杉能源主营业务是锂电池正极材料的研发、生产和销售。主要产品是锂电池正极材料,包括钴酸锂(LCO)、镍钴锰三元材料(NCM)、镍钴铝三元材料(NCA)和磷酸铁锂(LFP)等。拥有专利13项,发明专利11项,值得一提的是,杉杉能源除了给国内电池厂家提供正极材料,还是松下电池的供应商。中国杉杉能源2016年已经成为全球最大的正极材料供应商。

当升科技是一家从事新能源材料研发和生产的高新技术企业。当升科技主要从事锂电池正极材料钴酸锂、锰酸锂、多元材料的研发、生产和销售,部分锂电池正极材料产品质量达到国际先进水平。当升科技的锂电池材料业务占营收比例92%以上,客户包括三星、LG化学、深圳比克和比亚迪等国内外锂电池巨头。

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负极材料

负极材料以石墨、固体碳为主,主要包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球、无定形碳、合金、钛酸锂等,负极材料约占锂离子电池成本的5%~15%。

在该领域,中日企业形成了垄断世界市场的态势,两国公司的份额占比达到全球的95%以上,而中国还在不断蚕食日本企业的份额。

目前全球前三位的负极材料生产商为深圳贝特瑞、日本日立化学。两家公司占全球份额的70%。两强以外还有日本碳素、日本JFE等公司。

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深圳贝特瑞是全球最大锂电池负极材料供应商,运用独特整形分级、机械改性、热化学提纯技术,将普通鳞片石墨加工成球形石墨,纯度提高到99.95%以上,最高可达99.9995%,并通过机械融合、化学改性等先进表面改性技术,研制、生产高端负极材料。是三星、松下、LG、天津力神、比亚迪的供应商。

此外国内生产负极材料的企业还有上述的杉杉股份,客户包括LG、SONY、ATL、天津力神、比克、比亚迪、光宇电源等。值得一题的是,杉杉股份在近年的营收远超日本企业,这意味着市场份额还在继续玩零和游戏,也就是从日本公司向中国公司转移。

电解液

电解液是化学电池中正、负极之间提供离子导电的液态介质,主要使用六氟磷酸锂。电解液中国厂家逐渐形成垄断之势。

电解液市场,我国在国际上的主要竞争对手是四家,日本的三菱化学和宇部兴产,韩国的LG化学和旭成化学,但是这四家份额都在不断下降。

而国内的两大龙头企业则是天赐材料和新宙邦,随着新能源补贴的退坡,四大核心材料中,电解液成为进入2018年以来竞争最为激烈的细分市场之一。

面对行业竞争,天赐材料和新宙邦给出的解决方案截然不同,天赐材料擅长布局上游资源,“成本为王”的策略,继续抢占市场并巩固龙头地位。而新宙邦则极为看重技术储备,纵横捭阖整合产业链,通过添加剂和配方的研发改进,争抢客户和市场。

隔膜

四大核心原材料,有三个已经实现了完全的国产化,唯一还没有实现完全国产化的就是锂电池隔膜,锂电池隔膜是一层用来隔离锂电池正极和负极,防止短路的膜,既要能够起到隔离的作用,又要对锂离子有很好的通过性,这样电池才能正常充放电。

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隔膜的成本在锂离子电池中占大约10%左右。目前国外的竞争企业主要有日本东燃化学、韩国企业SK。与此同时,中国隔膜厂家也快速崛起,其中,星源材质发展最为迅速。

星源材质自2013年起与LG化学保持着稳定的合作关系,是LG化学全球唯一的干法隔膜供应商及在中国唯一涂覆专利授权的合作伙伴。如今LG化学要求星源材质保证2018年干法隔膜供应增加的基础上,双方进一步加强在涂覆隔膜和湿法隔膜领域的合作。可以预见,2018年星源材质海外业务将迎来较大增长。

中游:电芯制造和封装制造

拥有了包括四大核心在内的材料后,锂电池产业的中下游则是电芯制造与封装(PACK)等重要环节。

实际上,锂离子电池模组由锂离子电芯、保护板(BMS)、结构件及辅料等构成。而电芯由正负极材料、电解液、隔膜、导电剂、粘结剂、极耳、铝塑膜等原材料构成。

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在上游电芯层面, 区分度十分明显。第一阵营的四巨头分别是ATL、SDI、LGC 和Sony/muRata。三星手机Note7上的安全事故,让SDI品牌形象及电池体系的设计在客户心目中的地位直线下滑;Sony电芯因为经营和战略问题出售给了muRata,前景令人堪忧;LGC把核心资源放在了动力电池上,消费类电池后继乏力;ATL是毫无疑问的全球巨头,客户涵盖几乎全部一线手机厂商。

第二阵营则主要是中国的东莞锂威、光宇、力神等厂商, 体量无法与第一阵营相提并论且客户以国产机型为主。不过,国产厂商的配套和本地服务能力明显强过国外厂商, 未来电芯领域的进口替代将大有可为。

PACK厂商的核心工作在于BMS,封装只是收取加工费。

在封装方面,由于在智能手机领域采用的是更加轻薄短小的软包电池,该产业链主要被内地厂商所瓜分,苹果供应商欣旺达和德赛电池分列一二,台湾地区厂商新普、顺达紧随其后。

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BMS的主要材料是PCB/FPC、IC、连接器、电容电阻等电子元器件。结构件的材料主要是塑胶原料。辅料则包含胶纸、标签等材料。在BMS领域,德赛子公司蓝微电子、台湾华通、欣旺达最具优势,基本瓜分了全球主流手机厂家的BMS份额。

实际上,无论是电芯制造商抑或是PACK厂商,份额均呈现集中趋势,二线厂商在规模、成本、议价能力、安全性、技术方面都已经越来越不具备竞争力。而大厂商随着份额和集中度的提升,对下游的溢价能力越来越强。随着Note7带来的电池安全问题的持续影响和发酵,手机安全问题越来越受到重视。电芯、 BMS的安全保护设计、制造将越来越体现价值。随着手机续航功能的提升,因此消费类锂电池单机的价格趋势是逐年向上的。

趋势:石墨烯迎爆发节点

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜,这个薄膜的厚度只有一个碳原子的直径。石墨烯电池是利用锂离子在石墨烯表面和电极之间快速大量穿梭运动而开发的一种电池。

2018年10月22日,三星在官方微博发布预告:三星将在手机中采用石墨烯电池,引发行业热议。

据三星介绍,石墨烯电池12分钟就可以充满3000mAh左右容量的电池,因此可以实现更行之有效的“快速充电”。而且,相对普通锂电池而言,石墨烯电池的安全性也有显著提高,它不会因为温度升高而出现传统锂电子那样发热甚至起火的问题。

也有分析认为,石墨烯电池除了在工艺上需要采用全新的技术,随之而来的成本问题也成为瓶颈。一位不愿具名的分析师对《通信产业报》(网)记者表示,石墨烯电池的制备成本很高,这也许也是此时此刻石墨烯电池无法大规模商业化应用的其中一个原因。可以说,石墨烯电池作为一类全新的工业品,目前还未受到市场检验。

不过这丝毫没有影响产业链对石墨烯电池研发的热忱。

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除了三星预告石墨烯电池外,早在2016年,华为就曾在中央研究院瓦特实验室第57届日本电池大会上,宣布在锂离子电池领域实现重大研究突破。华为推出了业界首个高温长寿命石墨烯基锂离子电池。华为方面表示,他们所做的实验显示,以石墨烯为基础的新型耐高温技术可以将锂离子电池上限使用温度提高10 ℃,使用寿命是普通锂离子电池的2倍。

从华为的表态来看,华为的石墨烯电池的主要优点是耐高温,使用寿命长,这显然与三星的快速充电石墨烯电池分属两个派系。

此外,石墨烯材料开发商Si Node Systems和东京的特种化学品制造商JNC公司也于近日宣布联合成立合资企业NanoGraf公司,双方将致力于推进石墨烯硅锂离子电池及先进材料商业化。

据悉,NanoGraf电池可以进行定制化,能够实现1000mAh/g到2500mAh/g之间的容量,为高放电设备提供更高的电池级能量密度以及更快的充电效率。该电池采用一种湿化学工艺,通过该工艺使电池具有很好的伸缩性。

现在看来,中日韩美均有众多企业选择在石墨烯电池上进行技术攻关,也印证了石墨烯电池将是未来电池产业上的制高点。

无论是哪家成功将石墨烯材质电池投入量产并且封锁相关专利,这都会给产业链上下游造成相关的专利壁垒,同时会给企业营收和全球地位提升带来巨大的帮助。


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责任编辑:康嘉林

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