化学性质独特的电动汽车之心——锂元素

作者: | 发布日期: 2018 年 10 月 11 日 9:36 | 分类: 产业资讯

锂是继氢和氦之后最轻的一种元素,排在元素周期表第三位,是世界上最轻的金属,元素符号Li,原子序数3。在同族金属中,锂的分子量小(6.94),密度仅为0.534克/立方厘米,电化当量高(3.87Ah/g),电负性低(一3.045V),导热性好,电阻低,利于电极集流。由于锂具有密度小、高比能量等特殊的化学性能,是电池的理想电极材料,被誉为“二十一世纪的能源金属”,同时由于其突出的环保特性,锂亦被列为“二十一世纪的清洁能源”。中国工程院院士郑绵平提出:“要把锂问题作为能源问题来考虑,大力发展以锂资源为基础的新能源是能源革命的重要突破口,有利于我国占领新一轮国际竞争的制高点。”

锂是可控核聚变反应中用于氚制造的化学元素。锂一6和锂一7是锂的两种同位素,而核聚变反应中所需的氚靠在反应堆中的中子轰击锂一6产生,由于可控核聚变能量丰富且不会产生污染环境的放射性物质,被誉为人类能源的最终解决方案。同时,锂具有熔点低(180℃)、沸点高(1340℃)、热容量大、导热性强、泵送功率小等优点,是核反应堆中良好的传热介质,鉴于锂在原子能工业上的独特性能和应用,锂又被称为“高能金属”。

从蒸汽机到内燃机和电动机,人类不断发现能量,利用能量,提高社会生产力。锂作为重要的电能存储物质,以及可控核聚变反应的理想材料,在人类二十一世纪能源体系中必将占据举足轻重的地位。

锂离子电池性能突出,发展迅速

随着化石燃料的环境污染以及资源枯竭等问题,促使人们开发风能、光能等可持续再生能源和高效储能系统。1973年,日本松下电器氟化碳锂原电池商业化成功,5年后,日本三洋公司二氧化锰锂电池成功量产,带动锂电池价格大幅下降。锂原电池商业化的成功运用激发了二次电池的开发热潮,80年的末期,第一块商业化的Li/M02锂金属二次电池由加拿大MoLi能源公司推出。1991年,日本索尼公司推出液态电解液锂离子电池,开启消费电池产品的新时代;1999年,以日本松下公司为首的8家公司推出锂离子聚合物电池,自此之后,锂离子电池以其比能量高、小型化、轻量化和安全性高等诸多优势,在各个应用领域得到迅速发展。

从1962年,美国军方提出将金属锂引入电池设计中的构想以来,经过30多年的研宄和发展,锂电池才得到商业化大规模应用,但自问世以来,由于其独特的性能优势,发展速度一直领先其它诸如镍镉电池、镍氢电池、铅酸电池等二次电池。自2000年以来,二次锂离子电池市场规模由212万千瓦时发展到2016年的13400万千瓦时,年均复合增速为29.6%,而自2011年到2016年,锂离子电池年均复合增速为35.2%,远高于其它三种二次电池的增长速度。得益于锂离子电池的快速发展,其价格快速下降,据高工产研锂电研宄所数据显示,2017年底三元动力电池组价格为1.4-1.5元/Wh,仅高于铅酸电池,但从单位循环寿命成本来看,锂电子电池在二次电池中是最低的,突出的性价比优势使得锂电池对其它二次电池替代的趋势越发明显,其它二次电池的市场需求反而出现萎缩。

锂是未来电动汽车动力电池首选

锂离子电池是最年轻的一代二次电池,但经过30多年的逐步改进,锂离子电池凭借优越的性能、成熟的技术和完备的商业生态环境在消费电子、电动汽车和工业储能领域得到迅速发展。2006年,锂电池首次应用在电动车上,而随着2008年特斯拉Roadster汽车产品的发布,锂离子电池在汽车领域的应用开始蓬勃发展。据法国Avicenne数据统计,锂离子电池总需求量中50%来自电动汽车,超过消费类电池产品,锂离子电池在电动汽车市场己经得到大规模应用。

当前,由于新能源汽车续航里程以及动力性能等问题,动力电池的技术路线仍存在多种选择,但按照政府的规划要求,动力电池单体能量密度提升是必然的要求,新体系电池是未来主要的技术开发方向,主要是以全固体锂电池、锂硫电池和锂空气电池为主。因此,即便未来锂离子电池作为动力电池的应用路线发展变化,凭借锂独特的性能和成熟的商业开发、应用环境,锂仍将是未来电动汽车动力电池领域不可或缺的核心原材料。

供需相对平衡,需求支撑锂价

新能源汽车发展,带动锂需求高增长

电池是锂的主要消费来源。根据美国地质调查局(USGS)的数据,自2012年以来,电池在全球锂消费占比中逐年上升,至2017年消费占比高达46%,陶瓷玻璃行业锂消费占比逐年下降,2017年为27%。而国内电池领域锂消费占比则更高,根据安泰科数据统计,在锂消费结构中,电池领域占比为61%,而玻璃陶瓷行业仅为12%。根据智研咨询预测数据,受益于新能源汽车行业的快速发展,2018年动力电池在电池领域的市场占比有望超过60%,而且随着电动汽车销量的增长和智能手机需求的放缓,未来动力电池将成为锂电池发展的主要支柱。

受益新能源汽车高速发展,碳酸性需求显著增加。我们假设每辆电动汽车带电量为60Kwh,以220wh/kg的动力电池能量密度测算,每辆车对碳酸锂需求量为31.07kgo根据华鑫证券汽车团队保守估计,到2020年全球电动汽车销量将达到300万辆,则测算出对碳酸锂需求量将达到9.32万吨,其中新增电动汽车销量170万辆,新增碳酸锂需求量5.33万吨,约占2017年碳酸锂消费量的23.3%。

据行业相关研究数据显示,2017年全年全球汽车产量达9730万辆,相比于全球汽车产量,当前新能源汽车仍处于发展初期阶段。随着动力电池技术不断成熟和进步,新能源汽车里程焦虑以及充电设施的完善,在逐步替代传统燃油汽车时期,新能源汽车产量的爆发式增长有望带动碳酸锂需求大幅增加。

巨头大幅扩产,但供需相对平衡

新能源汽车产业发展前景令世人瞩目,上游锂产品供应商纷纷扩张产能以应对未来需求大规模增长。由于全球锂资源主要集中在南美、澳大利亚以及国内盐湖,以大矿床和大盐湖为主,因此上游资源集中度较高,而中游锂化合物的产量也集中在几家巨头手中。据统计,全球五大锂化合物及金属锂供应商占全球产能的比例约为70%,而未来随着巨头锂盐产能的扩展,市场集中度有望进一步提升。

当前,由于锂产品供应商巨头大幅扩张产能,市场担忧锂盐供给大幅过剩,碳酸锂价格大幅下行。我们根据几家巨头未来的产能规划,在考虑投产进度以及产能利用率的因素后,我们认为全球锂盐供应小幅过剩,但总体相对平衡,其中需求端的增长是支撑锂价的重要因素。

文章来源:华鑫证券

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