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锂电池诺奖没有中国人,但锂电池产业已被中日韩瓜分
  • 发表时间:2019-10-25 11:29:59
  • 作者:匿名

尽管诺贝尔锂离子电池奖与中国科学家无关,但中国实际上已经成为锂电池领域的世界前三名。

《金融》记者李世阳|虞雯·勒|编辑

10月9日,2019年诺贝尔化学奖宣布。该奖项授予英国化学家斯坦利·惠廷翰、美国化学家约翰·古德托和日本化学家吉野昭夫,表彰他们对锂离子电池发展的贡献。这也使得97岁的二战老兵古德涅夫成为历史上最老的诺贝尔奖获得者。

如今,锂电池已经渗透到我们日常生活的每个角落。锂电池的发明和产业化直接加速了全人类信息技术和新能源技术的发展进程,从手机、笔记本电脑和可穿戴设备等数十亿种数字产品,到数百万辆电动汽车、电动自行车和储能设施。

利用锂离子在正负电极之间的移动,锂电池可以重复充电和放电。由于锂自身的特性(摩尔质量小、氧化还原电位低),它比其他电池具有更高的输出电压和能量密度。锂离子电池在获得安全稳定的工作性能后,迅速从实验室走向了全社会。

当前锂电池产业链已经形成了巨大的规模效应,包括上游矿山(镍、钴、锰、锂和石墨)和组件(阳极和阴极材料、电解质、电极基板、隔膜等)。)、中游电池组电池制造和包装以及下游锂电池应用(消耗领域、功率领域)。根据中国电子信息产业发展研究所发布的《锂离子电池产业发展白皮书》(2019年)(以下简称《白皮书》),2018年全球锂离子电池产业达到412亿美元,同比增长18%。就产能而言,全球规模达到200gwh,同比增长25%。

从日本的主导地位到中日韩三方对抗,拥有原材料、市场和政策三大优势的中国企业已经成为世界锂电池行业的领军企业之一,并与日韩老牌锂电池巨头平起平坐。然而,依赖政策红利起飞的中国锂电池公司面临着即将到来的行业重组、补贴撤销、产能过剩和外资。他们如何保持和发展新的增长?

在锂离子电池从无到有、从实验室到普通人家中的过程中,三位获奖科学家的工作在校准过程中发挥了作用。

20世纪70年代,“石油危机”促使美国政府大力发展新能源和储能技术,以减少对石油进口的过度依赖。在美国埃克森美孚石油公司工作的惠廷汉姆(Whittingham)在他之前在斯坦福大学工作的基础上,使用硫化钛和锂金属作为正负材料,制造了世界上第一个新型锂电池。埃克森美孚在1976年申请了这项技术的发明专利,但该公司并没有从易燃易爆锂电池中获益。

为了解决锂电池的稳定性问题,1980年,时任牛津大学无机化学实验室主任的顾德纳芙(Gu Deneufve)带领项目团队设计了一种以钴酸锂(licoo2)为正极材料的技术方案,极大地提高了锂电池的综合性能。然而,在向牛津大学申请专利时,古·德内夫因其申请前景渺茫而被后者拒绝,最终以极低的价格将该设计专利转售给英国原子能科学研究中心。同样,该专利几乎没有回报,因为用作负极材料的锂金属的性能仍然不稳定。

这个问题的最终解决方案是日本材料化工巨头旭化成的阿基拉·吉野。1983年,他用碳材料代替锂金属作为锂电池的负极,并使用古代Deneufve的钴酸锂正极,从根本上提高了锂电池的能量密度和使用寿命,大大降低了成本,成为商用锂离子电池的第一个设计原型。

迄今为止,三位诺贝尔奖获得者的象征性贡献都已经到来。在消费电子产品和新能源汽车市场快速扩张的帮助下,锂电池行业蓬勃发展。

1991年,索尼率先发布了世界上第一款商用锂离子电池,并将其安装在新的ccd-tr1相机上。一旦问世,它就吸引了全世界的关注,标志着消费电子产品的面貌发生了变化。次年,朝日华成和东芝成立了一家合资企业,生产电子产品用锂电池。著名的贝尔实验室也成功地获得了锂聚合物的专利。在正负极材料和工作原理不变的情况下,用凝胶代替电解质,发明了软包装包装形式。锂电池的体积进一步减小。

进入世纪之交,中国人终于走上锂电池行业的舞台。

利用贝尔实验室的专利授权,1999年,东莞新科磁电厂工程总监曾玉群辞职,开始自己的业务,并在香港设立新能源技术(atl)。通过对电解质配方的改进,解决了锂聚合物膨胀的问题。atl产品销量如此之大,以至于现在占据了全球锂聚合物市场的一半。2005年,atl被日本东方电力公司(tdk)全资拥有。2011年,曾玉群和几个合作伙伴独立运营atl的动力电池团队。这是宁德时代(300750.sz),现已发展成为国内领先的锂电池企业。

经过30年的发展,全球锂离子电池产业已经从日本垄断转变为中国、日本和韩国三管齐下的格局。从2015年开始,在中国新能源汽车蓬勃发展的带动下,中国锂离子电池产业规模开始快速增长,超过韩国和日本,居世界第一,差距逐渐拉大。

然而,最古老的日本和韩国公司仍然占据锂电池行业的最高地位。白皮书将全球锂离子电池市场概括为三个梯队:松下、lg化学和三星sdi是第一梯队,宁德时报、atl、比亚迪(002594.sz)、村田(前索尼)是第二梯队,大多数其他企业是第三梯队。根据韩国市场研究公司sne research发布的2018年1月至9月全球锂电池出货量数据,松下的第一大出货量达到13.38万瓦时,紧随其后的是宁德时代。

日本松下集团在动力电池容量和产量方面位居世界第一。松下集团开发的ca21700电池是目前市场上单体能量密度最大的动力电池,达到340瓦时/千克。松下集团早在20世纪90年代就开始规划锂电池消费市场,为笔记本电脑提供圆柱形电池。随着2009年三洋电气的并购以及2014年与特斯拉的合作,松下的锂电池业务继续扩张。财务结果显示,2018财年,松下锂电池业务实现销售收入5625亿日元,同比增长14%,占集团总销售收入的7.0%。

韩国公司也不甘示弱。lg Chemistry在1999年正式进入锂离子电池领域后,开发了铝塑复合膜软包装材料和层压软包装设计,成为软包装锂电池的龙头企业。除了小型电池,lg Chemical的动力电池在过去两年发展迅速。2018年,lg Chem锂电池业务实现销售收入6500亿韩元,同比增长43%,占lg Chem总销售收入的23%。三星sdi于1998年进入锂电池行业。凭借其在数字终端产品领域的市场和技术优势,sdi的小型锂电池产量迅速位居世界第一。就动力电池而言,sdi是宝马的官方战略合作伙伴。2018年,国投锂离子电池业务实现销售收入69542亿韩元,同比增长61%,占国投总销售收入的75.8%。

在中国,锂电池行业的强劲增长得益于新能源汽车的强劲拉动。2018年,中国新能源汽车产量达到127万辆,同比增长59.9%,呈现加速增长趋势。面对这样的市场条件,中国锂电池产量继续保持高增长。国家统计局的统计数据显示,2018年,中国锂离子电池累计产量达到139.9亿块,创历史新高,同比增长25.9%。根据容量计算,2018年中国锂离子电池产量为124.2千兆瓦时,同比增长23.1%。工业规模达到1727亿元,同比增长9%。

在国家政策的重点支持下,锂离子电池关键技术、关键材料和产品的研究取得突破。虽然小容量动力锂电池的技术和产品与国外相比仍有一定差距,但大容量动力锂电池行业的发展已经达到国际领先水平。

根据风能数据,目前中国有92家国内锂电池企业,这几乎是2016年新能源汽车政策“风口期”的一半,也是2017年的近三分之一。行业模式正在迅速重组。根据2018年中国锂电池行业装机容量数据,可以直观地看出“寡头政治”的趋势:宁德时代占41.19%,装机容量达到23.43gwh,同比增长123%。比亚迪占20.09%,装机容量11.43千兆瓦,同比增长102.43%。郭萱高科技占5.4%,装机容量3.07千兆瓦。资源集中在宁德时代和比亚迪这两个行业巨头。

成立于2011年宁德时代,依托前些年atl技术储备的优势,在电力和储能电池领域建立了完整的研发制造体系。截至2018年12月31日,宁德时报及其子公司拥有1618项中国专利和38项海外专利,共申请2110项国内外专利。财务结果显示,2018年宁德时代动力电池业务实现销售收入245.2亿元,同比增长47.2%,占总销售收入的82.8%;营业利润83.6亿元,净利率34.1%。

比亚迪是中国的另一家领先公司,成立于1995年,开始经营手机电池业务。比亚迪是中国最早进入锂离子电池领域的公司之一。目前已形成三大业务板块:汽车(包括新能源汽车)、手机零部件和组装业务、二次充电电池和光伏业务。财务结果显示,比亚迪2018年锂离子电池业务收入约为227.7亿元,同比增长50%以上,占全年营业收入的17.5%。

根据目前国内锂电池行业格局,白皮书也概括为三个梯队:第一梯队是宁德时代和比亚迪两大巨头,2018年其收入均突破200亿元,进一步拉大了与以下企业的差距;第二梯队是天津李绅和郭萱高科技,2018年收入约为50亿元。第三层包括所有落后企业,收入不超过30-40亿元。

然而,值得注意的是,尽管宁德时代能够保持较高的净利润年增长率,但2017年四大龙头企业的销售毛利率将会下降。主要原因是中国政府对新能源汽车的补贴正在以每年30%的速度减少,锂电池企业的利润空间正在被压缩。这表明,即使是龙头企业也仍然严重依赖政策补贴。

2018年初,财政部、科技部、工业和信息化部、发展改革委联合发布了《关于调整和完善新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》(洛鸣[〔2018〕18号),进一步提高了我国新能源汽车补贴政策的技术门槛,对电池的能源密度提出了更高的要求。这将意味着中国锂电池行业的绝大多数小型和低技术企业将被淘汰,因为它们无法获得更多补贴。

目前,随着国内锂电池行业集中度的进一步提高,龙头企业的市场份额将继续巩固。然而,随着外资准入政策的放宽(对动力电池投资份额比例的限制被解除),中国对新能源汽车持续强劲的需求必将吸引松下、lg化工、三星sdi等国际老牌企业加入并扩大产能,行业洗牌将会继续。

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