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解读:美国锂电蓝图 2021-2030

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背景

国内外锂电池格局

锂离子电池在电动汽车、消费电子产品、国防应用和电网存储等领域的需求不断增长。随着美国交通运输行业电气化程度的提高,与电动汽车相关的就业也在增加。电池的开发和生产对美国具有重要的战略意义,既是向清洁能源经济过渡的一部分,也是提高汽车工业竞争力的关键因素。通过电气化使交通运输部门脱碳将有助于应对气候变化,并建立一个以公平和公正的方式惠及所有社区的清洁能源经济。

美国需迅速行动,建立有竞争力、可持续发展的电池制造业。中国和其他国家已制定战略支持垂直电池制造供应链。随着产能提高,他们将获得先发定价优势,影响美国工业竞争力。锂离子电池成本近90%下降,颠覆全球运输市场,预计2025年中国锂电池产能将达1811 GWh,支持四分之一全球电动汽车生产。

商业市场

对于锂离子电池,美国的商用市场包括商用和客运电动汽车、固定存储和航空。如图2所示,预计未来几年锂离子电动汽车电池需求将大幅增长。

电动汽车市场

对于电动汽车来说,领先的电池技术预计将是基于锂电池的,与其他现有的电池系统相比,它提供了高能量、高功率和长寿命。电动汽车是锂离子电池需求的关键驱动因素,也是概述国内锂离子电池制造需求时的主要市场焦点。虽然美国的锂离子电池制造业需要大幅扩张,以满足不断增长的国内市场的需求,但美国拥有强大的基础,可以在此基础上建立额外的制造能力。在2020年全球电动汽车锂离子电池制造747吉瓦时(图3)中,美国的产能约占8%(约59吉瓦时)到2025年,全球电动汽车电池制造预计将增长到2492吉瓦时,美国的产能预计将增长到224吉瓦时。然而,预计到2025年,仅美国乘用车年销量的需求就将超过预计的224千兆瓦时的锂离子电池制造能力。

美国电池制造业评估

与外国同行相比,美国通常鼓励私营部门以市场为导向的方式发展工业。有各种各样的联邦和州政策会影响电池存储系统的发展,但这些政策通常不会在各级政府之间进行协调。长期的优势,如体现在美国公司、大学和国家实验室的研发能力,可能会被薄弱的知识产权保护和技术转让政策削弱。美国政府对美国经济深度脱碳的支持和美国-墨西哥-加拿大协议(USMCA)更新的贸易结构为提高美国的竞争地位提供了机会,但美国必须在继续迅速扩大产能的中国方面取得优势。美国在全球电池制造业中的地位评估如下图(图4)所示。

美国锂电池蓝图

FCAB蓝图是一个全面的方法,涵盖了整个锂离子电池生态系统,重点是发展可持续的国内供应链。图5概述了当前锂电池供应链,从原材料生产到报废回收。对于供应链的每一个阶段,FCAB提出了可以采取的关键行动,以加强和促进国内绩效,同时提供公平的清洁能源制造业就业机会。

目标1:确保获得原材料和精炼材料,并为商业和国防应用发现关键矿物的替代品

一个强大、安全的国内锂电池工业基础,需要获得锂电池原料、精炼和加工材料的可靠供应。其目标是减少美国电池制造业对稀缺材料或不可靠合作伙伴控制的材料的依赖,以建立一个更强大、更安全的供应链。

近期目标(2025年)

  1. 与合作伙伴和盟友合作,在国内和国际上建立可靠的电池关键原材料来源和供应,包括关键矿物

  2. 通过支持研发和采矿工作,提高美国关键电池矿物(锂、镍和钴)的安全和可持续生产能力

  3. 制定联邦政策,支持建立具有弹性的国内和全球关键原材料来源和供应

长期目标(2030年)

  1. 通过支持加工研发工作,消除锂离子电池中的钴和镍

  2. 按照目标5的承诺,将回收材料作为循环电池经济的关键组成部分

目标2:支持美国材料加工基地的发展,以满足国内电池制造需求

如今,美国大部分锂电池原材料的加工都依赖于国际市场。美国可以从具有成本竞争力的国内锂电池材料加工的发展和增长中受益匪浅。

近期目标(2025年)

  1. 为国内电池材料加工的增长创造激励措施

  2. 支持材料加工创新的发展,以生产低钴/无钴活性材料并扩大规模

  3. 开发改进现有材料的工艺,以降低成本和提高性能,使电池成本达到60美元/千瓦时

  4. 与合作伙伴和盟友合作,支持加工材料的供应链多样化。

长期目标(2030年)

1.   支持材料加工创新的发展,以生产无钴和无镍活性材料,并实现规模化

目标3:刺 激美国电极、电池和电池组制造业

在过去的10年里,电池储能技术取得了重大进展,导致能量密度增加,电池组成本降低了约85%,到2020年将达到143美元/千瓦时。尽管取得了这些进展,但目前的电极、电池和电池组制造方法可以并且将始终受益于进一步的研发进展,从而降低成本、提高性能并支持需求增长。国内增长和电池组制造的外包将需要持续的联邦激励措施,以及对电动汽车采用的支持。需要特别注意的是确保清洁能源领域的就业机会,以及为所有美国人提供更加公平和持久的供应链。

近期目标(2025年)

  1. 促进新型电池设计的发展,减少处理时间,使电池组装更快,并降低化成成本

  2. 投入资源,加快新技术和制造工艺的规模扩大和商业化

  3. 为国防、电动汽车和电网应用开发适合功能的电池标准

  4. 制定联邦政策框架,支持美国企业在国内生产电极、电池和电池组,鼓励对锂离子电池的需求增长

长期目标(2030年)

  1. 满足国内多源供应商的关键国防电池需求

  2. 通过开发和验证下一代电池组材料、组件和设计创新,以及先进的制造和组装技术,将电动汽车电池组的制造成本降低50%

目标4:在美国实现报废再利用和关键材料的大规模回收,并形成完整的竞争价值链

锂离子电池的回收利用不仅减少了材料稀缺的限制,提高了环境的可持续性,而且还支持了一个更安全、更有弹性的国内供应链,这是一个循环的本质(图7)。

近期目标(2025年)

  1. 促进电池组的设计,便于二次使用和回收

  2. 建立收集、分类、运输和处理回收锂离子电池材料的成功方法,重点是降低成本

  3. 提高钴、锂、镍、石墨等关键材料的回收率

  4. 开发加工技术,将这些材料重新引入供应链

  5. 为二次使用的应用程序开发合适的分类、测试和平衡方法

  6. 制定联邦回收政策,促进锂离子电池的收集、再利用和再循环

长期目标(2030年)

  1. 为实现90%的消费电子产品、电动汽车和电网储能电池的回收制定激励措施

  2. 制定联邦政策,要求在电池制造材料流中使用回收材料

目标5:通过大力支持科学研发、STEM教育和劳动力发展,保持和推进美国电池技术的领先地位

在加速发展的电动汽车和电网储能市场中,建立一个具有竞争力和公平的国内锂电池供应链,只是全球提高性能、降低成本、减少气候影响的初始阶段。从下一代锂离子电池的新电极和电解质材料,到固态电池的进步,以及新材料、电极和电池制造方法,研发仍然是保持美国领导地位不可或缺的一部分。研发将得到强有力的知识产权保护和通过公私研发合作伙伴关系(如半导体行业建立的合作伙伴关系)将创新从实验室快速推向市场的支持。

近期目标(2025年)

  1. 支持研究开发无钴阴极材料和电极成分,重点关注能量密度、电化学稳定性、安全性和成本等重要指标,以优于目前的商业、进口同类产品

  2. 为技术转让和应用前测试协议的标准化发展伙伴关系,以确保在美国发明的电池技术留在美国

  3. 启动政府范围内的锂基电池技术和配置标准化,提高国防等利基政府市场的能力,使其能够迅速将锂基电池技术过渡到其项目中,并从一个强大、公平、可持续的国内供应链中受益

  4. 制定一项计划,加强知识产权保护战略、研究安全、国内制造业出口控制政策以及国际盟友的参与

  5. 与行业合作伙伴一起确定劳动力需求并支持教育项目

长期目标(2030年)

  1. 开发不含钴和镍的阴极材料和电极成分,提高能量密度、电化学稳定性、安全性和成本等重要指标,并优于目前的商业进口产品

  2. 加速研发,实现包括固态和锂金属电池在内的革命性电池技术的示范和规模化生产,实现生产成本低于60美元/千瓦时,比能量为500 Wh/kg,并且不含钴和镍。

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来源:小明来电
化学半导体航空汽车电子新能源消费电子材料控制电气
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首次发布时间:2024-07-26
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BCG:全球动力电池产业链可持续发展评估

(更多新能源行业干货,尽在知乎“小明来电”,欢迎交流讨论~)来源:china-sustainability-assessment-of-global-lithium-ion-battery-industry-chain.pdf (bcg.com)文末附下载链接全球及中国动力电池产业链可持续发展水平评估体系主要涵盖产业政策、市场环境、供应链成熟度、技术及制造竞争力、绿色及可持续行动五个评估维度。本报告将重点聚焦市场需求与供应链供需状态的分析:市场维度,重点围绕行业市场前景、竞争结构与盈利性展开分析(参阅图1):供应链维度,聚焦对产业链供需动态、国际贸易链路以及再生闭环参与程度的评测分析(参阅图2)。通过定量与定性分析中国动力电池产业链在细分维度上的表现,评测发展指数并建议可行的优化方向(参阅图3)。产业链下游:电池生产及供应当前,全球锂电池产业正处于快速发展阶段,各类企业面临着广阔的市场机遇,包括高速扩张的市场需求、持续演进的竞争格局及多元技术路线的共同发展等。同时,中国作为全球最大的锂电池市场,正面临着低端产能过剩、优质产能供应紧张的供需不平衡挑战,中国企业纷纷“卷”出国,头部国产锂电池企业纷纷加速出海投资以开拓欧美等海外市场。而欧美等市场为满足本地市场需求,强化本地产业链能力建设,正加大政策、财政及投资鼓励的力度以推动产能扩张。欧洲在减碳及能源独立的目标下,新能源转型激进,预计至2030年新能源汽车渗透目标可实现近60%,动力电池需求规模近800吉瓦时。全球头部企业与欧洲本地企业积极规划产能,市场格局预期分散,但实际产能释放情况仍存在不确定性(参阅图4)。美国则在《通胀削减法案》的助推下,新能源产业发展提速,预计2030年新能源汽车渗透率将达45%,动力电池需求超500吉瓦时(参阅图5)。日韩两国的电池产能除满足其国内供应外,大量供应北美市场,并通过在北美当地投资设厂,形成密切的贸易投资合作关系。而中国头部玩家短期内受政策法规的限制,仍在积极寻求进入北美市场的突破机会。预期未来全球市场格局将加速朝产能优胜劣汰、区域均衡布局的可持续方向发展。可持续发展市场指数得分:7(十分制)市场前景得分:10(十分制)全球锂电池市场预期将以25%的年增速快速扩张,至2030年市场规模将超4太瓦时。其中,随着电动汽车渗透率持续上升、长续航需求使得单车带电量提升,动力电池需求将快速上涨,市场占比将达到80%。随着各区域市场下游需求增长,全球市场格局将三分天下:中国市场体量大、发展领跑全球:欧美则在政策推动下加速追赶,提供增量驱动及持续成长空间;同时,东南亚、印度及中东等新兴市场也正积极投入,快速成长。聚焦中国,预计至2025年,中国锂电池需求量将以超40%的年增速增长至1太瓦时;至2030年,将以13%的年增速增长至约1.8太瓦时,其中动力电池需求占比一直维持在75%以上。动力电池是中国锂电池需求的主要来源,也是市场增长的关键驱动,其中从电池装车结构来看,乘用车是最大赛道(参阅图6)。竞争结构得分:5(十分制)以动力电池最大的市场中国为例,中国动力电池市场竞争不断加剧,集中度持续提升。一方面,第一、二梯队玩家市场份额均呈增长趋势,逐步扩大领先优势,市场集中度持续提升;前两大玩家寡头优势明显,占据近70%的市场份额。另一方面,近五年来,国内电池厂商总数量显著下降约50%,部分玩家市场份额大幅萎缩或被直接淘汰出局,行业整合加速(参阅图7)。行业盈利性得分:6(十分制)当前,中国主流锂电池厂商的毛利率表现维持在约15%-25%。近年来虽受原材料价格上升及整车价格下滑的双重挤压影响,行业平均毛利率有所下降,但整体仍处于相对健康的态势(参阅图8)。一方面,主机厂对于电池采购价格年降幅度要求变高,不断压缩电池厂商的毛利空间。另一方面,尽管技术升级、规模效应放大以及生产良率提升均有利于成本节降,但由于物料成本占总体成本约六成,原材料下降幅度低于价格下降幅度,进而导致利润空间的压缩。作为新能源汽车的核心零部件,动力电池在能量密度、封装形态及生产良率等方面仍有优化与突破的空间,因此领先玩家仍有溢价及优化利润的空间。在上游原材料价格回落趋稳后,预计领先厂商毛利水平将有所释放。此外,领先玩家通过新技术迭代、垂直整合、加速发展海外业务及拓展新业务领域等方式,积极推进业务的全价值链延展,以实现增收、增利的同时应对利润空间下滑的潜在风险。产业链中游:正、负极材料正极材料作为锂电池产品最重要的材料组成部分之一,正极材料产业同样处于快速成长阶段。得益于锂电池市场需求的快速扩张,正极材料需求旺盛。行业技术路线多样且持续升级迭代,竞争格局仍在不断演进。受前期因供给紧张而引发价格飞涨、近期产能加速扩张及释放的影响,当前总体产能利用率不高但优质产能同样供不应求。同时,受美国《通胀削减法案》、欧盟《绿色协议产业计划》与新电池法等法令出台的影响,正极材料企业正随着电池厂加速海外业务的布局,预期未来产能国际化与多极化是大势所趋,这对正极材料企业的国际化经营及治理提出了更高的要求。可持续发展市场指数得分:7(十分制)市场前景得分:9(十分制)得益于锂电池市场的驱动,全球锂电池正极材料市场以近20%的增速高速扩张,预计至2030年动力电池正极材料的市场规模可达630万吨。2021年以来,中国铁锂正极材料占比逐渐超越三元正极材料达到60%以上,国外则三元正极材料一直保持主导地位。国内铁锂正极材料份额快速提升主要得益于其在原材料价格高涨和政策补贴退坡背景下显现的成本优势、CTP、CTC和CTB等技术成熟带来的能量密度提升,以及相对三元正极材料更低的碳排、更符合绿色低碳趋势。中长期来看,伴随上游原材料成本回落、高压平台及快充技术成熟,以及在长续航需求的驱动下,高镍三元/富锂等高端正极材料的渗透率将提升,中低端三元材料因能量密度与铁锂相比无显著优势且成本高于铁锂,份额将逐渐下降。因下游主机厂逐渐从以能量密度为首要考虑因素过渡到续航能力和成本的平衡考虑,铁锂类技术路线将更占据主要地位,磷酸锰铁锂等新型磷酸盐材料将加快市场切入,而国外领先车企也正加大定点向铁锂类技术路线转向,预期全球市场将长期呈现铁锂类与三元类正极材料二者并行发展的趋势(参阅图10)。负极材料负极材料行业发展相对成熟,石墨类负极材料占据主流且技术较成熟,同时行业积极推进硅基、碳基新型材料科研攻关和产业化。由于产能超前规划,目前面临短期产能不足、长期低端产能过剩的矛盾。当前全球市场以中国出口为主,预期未来在法规引导下,产能将向欧美部分转移,以满足本地化供应。可持续发展市场指数得分:8(十分制)市场前景得分:10(十分制)全球锂电池负极材料市场以21%的增速高速扩张,预计至2030年市场规模将超400万吨。其中,人造石墨凭借较天然石墨更好的循环寿命、倍率性能及膨胀率等性能优势,被广泛用于动力电池及储能电池,占全球负极材料总需求约八成。天然石墨工艺简单、耗能低,成本和碳排有优势,但比容量已达到极限,不少企业选择掺混天然石墨以降低成本。硅基负极材料则拥有高比容、高安全和快充性能,但仍有待攻坚充放电体积膨胀大、成本高昂、与其他材料配套等问题,至2030年占比预计接近10%,增速预期超50%(参阅图12)。结语中国锂电池市场整体处于蓬勃发展阶段,产业链各环节相互联动、相互依存,致力于推动高质量、可持续发展(参阅图23)。电池电芯:全球电池电芯产业高速扩张,预期2030年全球需求达4太瓦时、中国需求1.8太瓦时,保持约25%的增速。行业盈利相对可观,毛利约为15%-20%,但竞争日趋激烈,同时面临原材料价格上涨以及电池价格下滑的双重挤压。当前行业产能利用率偏低,但伴随需求增长、产能扩张节奏减缓,预期可逐步提升并维持在50%-60%。当前产能主要集中在亚太地区,伴随欧美产能项目上线,未来区域产能布局预期更加平衡。对于从业企业而言,可以在产品技术、供应链、商业模式等方面持续创新与沉淀。正、负极材料:全球正、负极材料市场均以近20%的增速高速扩张,预计2030年市场规模将分别达630万吨和400万吨。正极材料中,铁锂路线的竞争格局相对集中,三元路线则较为分散。负极材料的前五大玩家市场份额接近六成,竞争格局相对稳固。从盈利性来看,负极材料的毛利约为20%-25%、高于正极材料的15%。面对行业竞争加剧、盈利下降等趋势,领先正、负极材料玩家通过技术升级、产业链相关多元化和一体化延伸及国际化出海,积极应对。来源:小明来电

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