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化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特的電動(dòng)汽車(chē)之心——鋰元素

作者: | 發(fā)布日期: 2018 年 10 月 11 日 9:36 | 分類(lèi): 產(chǎn)業(yè)資訊

鋰是繼氫和氦之后最輕的一種元素,排在元素周期表第三位,是世界上最輕的金屬,元素符號(hào)Li,原子序數(shù)3。在同族金屬中,鋰的分子量小(6.94),密度僅為0.534克/立方厘米,電化當(dāng)量高(3.87Ah/g),電負(fù)性低(一3.045V),導(dǎo)熱性好,電阻低,利于電極集流。由于鋰具有密度小、高比能量等特殊的化學(xué)性能,是電池的理想電極材料,被譽(yù)為“二十一世紀(jì)的能源金屬”,同時(shí)由于其突出的環(huán)保特性,鋰亦被列為“二十一世紀(jì)的清潔能源”。中國(guó)工程院院士鄭綿平提出:“要把鋰問(wèn)題作為能源問(wèn)題來(lái)考慮,大力發(fā)展以鋰資源為基礎(chǔ)的新能源是能源革命的重要突破口,有利于我國(guó)占領(lǐng)新一輪國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)?!?/p>

鋰是可控核聚變反應(yīng)中用于氚制造的化學(xué)元素。鋰一6和鋰一7是鋰的兩種同位素,而核聚變反應(yīng)中所需的氚靠在反應(yīng)堆中的中子轟擊鋰一6產(chǎn)生,由于可控核聚變能量豐富且不會(huì)產(chǎn)生污染環(huán)境的放射性物質(zhì),被譽(yù)為人類(lèi)能源的最終解決方案。同時(shí),鋰具有熔點(diǎn)低(180℃)、沸點(diǎn)高(1340℃)、熱容量大、導(dǎo)熱性強(qiáng)、泵送功率小等優(yōu)點(diǎn),是核反應(yīng)堆中良好的傳熱介質(zhì),鑒于鋰在原子能工業(yè)上的獨(dú)特性能和應(yīng)用,鋰又被稱(chēng)為“高能金屬”。

從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī),人類(lèi)不斷發(fā)現(xiàn)能量,利用能量,提高社會(huì)生產(chǎn)力。鋰作為重要的電能存儲(chǔ)物質(zhì),以及可控核聚變反應(yīng)的理想材料,在人類(lèi)二十一世紀(jì)能源體系中必將占據(jù)舉足輕重的地位。

鋰離子電池性能突出,發(fā)展迅速

隨著化石燃料的環(huán)境污染以及資源枯竭等問(wèn)題,促使人們開(kāi)發(fā)風(fēng)能、光能等可持續(xù)再生能源和高效儲(chǔ)能系統(tǒng)。1973年,日本松下電器氟化碳鋰原電池商業(yè)化成功,5年后,日本三洋公司二氧化錳鋰電池成功量產(chǎn),帶動(dòng)鋰電池價(jià)格大幅下降。鋰原電池商業(yè)化的成功運(yùn)用激發(fā)了二次電池的開(kāi)發(fā)熱潮,80年的末期,第一塊商業(yè)化的Li/M02鋰金屬二次電池由加拿大MoLi能源公司推出。1991年,日本索尼公司推出液態(tài)電解液鋰離子電池,開(kāi)啟消費(fèi)電池產(chǎn)品的新時(shí)代;1999年,以日本松下公司為首的8家公司推出鋰離子聚合物電池,自此之后,鋰離子電池以其比能量高、小型化、輕量化和安全性高等諸多優(yōu)勢(shì),在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。

從1962年,美國(guó)軍方提出將金屬鋰引入電池設(shè)計(jì)中的構(gòu)想以來(lái),經(jīng)過(guò)30多年的研宄和發(fā)展,鋰電池才得到商業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用,但自問(wèn)世以來(lái),由于其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì),發(fā)展速度一直領(lǐng)先其它諸如鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛酸電池等二次電池。自2000年以來(lái),二次鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模由212萬(wàn)千瓦時(shí)發(fā)展到2016年的13400萬(wàn)千瓦時(shí),年均復(fù)合增速為29.6%,而自2011年到2016年,鋰離子電池年均復(fù)合增速為35.2%,遠(yuǎn)高于其它三種二次電池的增長(zhǎng)速度。得益于鋰離子電池的快速發(fā)展,其價(jià)格快速下降,據(jù)高工產(chǎn)研鋰電研宄所數(shù)據(jù)顯示,2017年底三元?jiǎng)恿﹄姵亟M價(jià)格為1.4-1.5元/Wh,僅高于鉛酸電池,但從單位循環(huán)壽命成本來(lái)看,鋰電子電池在二次電池中是最低的,突出的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢(shì)使得鋰電池對(duì)其它二次電池替代的趨勢(shì)越發(fā)明顯,其它二次電池的市場(chǎng)需求反而出現(xiàn)萎縮。

鋰是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池首選

鋰離子電池是最年輕的一代二次電池,但經(jīng)過(guò)30多年的逐步改進(jìn),鋰離子電池憑借優(yōu)越的性能、成熟的技術(shù)和完備的商業(yè)生態(tài)環(huán)境在消費(fèi)電子、電動(dòng)汽車(chē)和工業(yè)儲(chǔ)能領(lǐng)域得到迅速發(fā)展。2006年,鋰電池首次應(yīng)用在電動(dòng)車(chē)上,而隨著2008年特斯拉Roadster汽車(chē)產(chǎn)品的發(fā)布,鋰離子電池在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)始蓬勃發(fā)展。據(jù)法國(guó)Avicenne數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),鋰離子電池總需求量中50%來(lái)自電動(dòng)汽車(chē),超過(guò)消費(fèi)類(lèi)電池產(chǎn)品,鋰離子電池在電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)己經(jīng)得到大規(guī)模應(yīng)用。

當(dāng)前,由于新能源汽車(chē)?yán)m(xù)航里程以及動(dòng)力性能等問(wèn)題,動(dòng)力電池的技術(shù)路線(xiàn)仍存在多種選擇,但按照政府的規(guī)劃要求,動(dòng)力電池單體能量密度提升是必然的要求,新體系電池是未來(lái)主要的技術(shù)開(kāi)發(fā)方向,主要是以全固體鋰電池、鋰硫電池和鋰空氣電池為主。因此,即便未來(lái)鋰離子電池作為動(dòng)力電池的應(yīng)用路線(xiàn)發(fā)展變化,憑借鋰獨(dú)特的性能和成熟的商業(yè)開(kāi)發(fā)、應(yīng)用環(huán)境,鋰仍將是未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池領(lǐng)域不可或缺的核心原材料。

供需相對(duì)平衡,需求支撐鋰價(jià)

新能源汽車(chē)發(fā)展,帶動(dòng)鋰需求高增長(zhǎng)

電池是鋰的主要消費(fèi)來(lái)源。根據(jù)美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(USGS)的數(shù)據(jù),自2012年以來(lái),電池在全球鋰消費(fèi)占比中逐年上升,至2017年消費(fèi)占比高達(dá)46%,陶瓷玻璃行業(yè)鋰消費(fèi)占比逐年下降,2017年為27%。而國(guó)內(nèi)電池領(lǐng)域鋰消費(fèi)占比則更高,根據(jù)安泰科數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),在鋰消費(fèi)結(jié)構(gòu)中,電池領(lǐng)域占比為61%,而玻璃陶瓷行業(yè)僅為12%。根據(jù)智研咨詢(xún)預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),受益于新能源汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展,2018年動(dòng)力電池在電池領(lǐng)域的市場(chǎng)占比有望超過(guò)60%,而且隨著電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量的增長(zhǎng)和智能手機(jī)需求的放緩,未來(lái)動(dòng)力電池將成為鋰電池發(fā)展的主要支柱。

受益新能源汽車(chē)高速發(fā)展,碳酸性需求顯著增加。我們假設(shè)每輛電動(dòng)汽車(chē)帶電量為60Kwh,以220wh/kg的動(dòng)力電池能量密度測(cè)算,每輛車(chē)對(duì)碳酸鋰需求量為31.07kgo根據(jù)華鑫證券汽車(chē)團(tuán)隊(duì)保守估計(jì),到2020年全球電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量將達(dá)到300萬(wàn)輛,則測(cè)算出對(duì)碳酸鋰需求量將達(dá)到9.32萬(wàn)噸,其中新增電動(dòng)汽車(chē)銷(xiāo)量170萬(wàn)輛,新增碳酸鋰需求量5.33萬(wàn)噸,約占2017年碳酸鋰消費(fèi)量的23.3%。

據(jù)行業(yè)相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示,2017年全年全球汽車(chē)產(chǎn)量達(dá)9730萬(wàn)輛,相比于全球汽車(chē)產(chǎn)量,當(dāng)前新能源汽車(chē)仍處于發(fā)展初期階段。隨著動(dòng)力電池技術(shù)不斷成熟和進(jìn)步,新能源汽車(chē)?yán)锍探箲]以及充電設(shè)施的完善,在逐步替代傳統(tǒng)燃油汽車(chē)時(shí)期,新能源汽車(chē)產(chǎn)量的爆發(fā)式增長(zhǎng)有望帶動(dòng)碳酸鋰需求大幅增加。

巨頭大幅擴(kuò)產(chǎn),但供需相對(duì)平衡

新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景令世人矚目,上游鋰產(chǎn)品供應(yīng)商紛紛擴(kuò)張產(chǎn)能以應(yīng)對(duì)未來(lái)需求大規(guī)模增長(zhǎng)。由于全球鋰資源主要集中在南美、澳大利亞以及國(guó)內(nèi)鹽湖,以大礦床和大鹽湖為主,因此上游資源集中度較高,而中游鋰化合物的產(chǎn)量也集中在幾家巨頭手中。據(jù)統(tǒng)計(jì),全球五大鋰化合物及金屬鋰供應(yīng)商占全球產(chǎn)能的比例約為70%,而未來(lái)隨著巨頭鋰鹽產(chǎn)能的擴(kuò)展,市場(chǎng)集中度有望進(jìn)一步提升。

當(dāng)前,由于鋰產(chǎn)品供應(yīng)商巨頭大幅擴(kuò)張產(chǎn)能,市場(chǎng)擔(dān)憂(yōu)鋰鹽供給大幅過(guò)剩,碳酸鋰價(jià)格大幅下行。我們根據(jù)幾家巨頭未來(lái)的產(chǎn)能規(guī)劃,在考慮投產(chǎn)進(jìn)度以及產(chǎn)能利用率的因素后,我們認(rèn)為全球鋰鹽供應(yīng)小幅過(guò)剩,但總體相對(duì)平衡,其中需求端的增長(zhǎng)是支撐鋰價(jià)的重要因素。

文章來(lái)源:華鑫證券

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