七、动力电池需求快速增长，明后年或将供给不足

　　1. 锂电池需求快速增长

　　2020 年，全球动力电池安装量合计为 137GW，同比增长 17%，动力电池出货量为213GW，同比增长 34%。截止到 2020 年，全球乘用车中纯电动车和插电式混合动力车的渗透率为 4%，大客车的渗透率为 7%，卡车的渗透率为 1%，SNE Research 预测到 2025 年和 2030 年乘用车电动车的渗透率将分别提升至 21%和 48%，大客车渗透率分别提升至 26%和 56%，卡车的渗透率分别提升至 12%和 32%基于以上假设，SNE Research 预计到 2025 年，动力电池出货量和安装量分别为1396GW 和 1163GW，到 2030 年，动力电池出货量和安装量为 3555GW 和 2963GW。2021-2025年动力电池需求年均复合增速 40.42%，2026-2030 年动力电池需求年均复合增速18.29%。

　　2. 预计 2022-2023 年动力电池供给不足

　　主要的电池厂商对 2021 年市场景气度保持乐观。预计 CATL, Panasonic, SDI 四家龙头公司将达到近满产状态，LG 化学和三星 SDI 由于新产线不够稳定，产能利用率不高。

　　基于各个电池生产商生产能力，SNE Research 预计从 2023 年开始全球电池（电动车+储能板块）安装需求将高于电池供给量。到 2025 年供不应求将达到峰值。

　　在电池出货方面（电动车+储能板块），短缺情况则会提前一年，2022 年便会开始出现，动力电池供应商需要更多扩充有效产能。

　　3. 动力电池市场集中度不断升高

　　全球动力电池行业集中度自 2017 年以来持续提升。行业前三占全球份额，从 2017 年的 45%，提升至 2020 年的 67%，2021 年一季度继续提升至 69%；行业前 6 从 2017 年的 61%，提升至 2020 年的 85%，2021 年一季度继续提升至 86%；行业前 10 从 2017年的 73%，提升至 2020 年的 93%，2021 年一季度继续提升至 94%。

　　竞争格局基本稳定。近 3 年以来，除 AESC 排名跌出前五，行业前五名基本没有变动，龙头地位稳固。其中，宁德时代自 2018 年开始连续三年蝉联全球动力电池市场占有率第一名。2020 年，LG 化学销量同比大幅增长 150%，其市占率和 CATL 差距拉近至 3 个百分点，而松下因为新产线延迟投产导致排名由第二下滑至第三。到 2021 年一季度，CATL 市占率提升至 32%，LG 化学和CATL 的差距拉大到 12%。

　　比亚迪电池主要供给比亚迪汽车，其份额受比亚迪汽车销量影响较大，其市占率在 2019 年被LG 化学超越。除CATL 外，国产动力电池品牌表现最为亮眼的是中航锂电，作为广汽埃安、长安的核心供应商，中航锂电又成功打入电动神车——宏光 Mini EV 的电池供应商阵营，并在部分热销车型中实现了独供。其市占率在 2020 年进入全球第八名，2021 年一季度名列全球第七名，有望成为中国动力电池领域的一匹黑马。

　　目前，全球动力电池市场竞争格局为中日韩三分天下，国产电池主要为国产新能 源车配套，韩系电池为特斯拉、宝马和韩系车配套，日系电池为特斯拉和日系车配套。其中，中国国内一众造车新势力配套首选宁德时代；LG 化学和松下除配套本国车型外， 还给特斯拉配套。因此未来中日韩三国中哪个国家新能源车销量好将影响其动力电池 的市场份额。中国是世界十最大的汽车生产国和销售市场，预计未来中国动力电池总 份额仍将保持全球第一。

　　八、正极材料需求旺盛，价格渐涨

　　1. 锂电池正极材料种类

　　纯电动车的动力系统占总车辆总成本的 50%。其中，电池、电控和电机分别占车辆成本的 38%、6.5%和 5.5%。而电池中正极材料、负极材料、隔膜和电解液分别占电池成本的 45%、10%、10%和 10%。正极材料成本占整车成本近 20%。

　　首先，我们来看看正极材料，正极材料的选择，主要基于以下几个因素考虑：

　　1） 具有较高的氧化还原反应电位，使锂离子电池达到较高的输出电压；

　　2） 锂元素含量高，材料堆积密度高，使得锂离子电池具有较高的能量密度；

　　3） 化学反应过程中的结构稳定性要好，使得锂离子电池具有长循环寿命；

　　4） 电导率要高，使得锂离子电池具有良好的充放电倍率性能；

　　5） 化学稳定性和热稳定性要好，不易分解和发热，使得锂离子电池具有良好的安全性；

　　6） 价格便宜，使得锂离子电池的成本足够低；

　　7） 制造工艺相对简单，便于大规模生产；

　　8） 对环境的污染低，易于回收利用。

　　目前，常见的锂离子电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料（镍钴锰和镍钴铝）等。其中，动力电池以三元锂电池和磷酸铁锂电池最为常见。

　　（1） 钴酸锂电池（LiCoO2）

　　其理论容量为 274mAh/g，实际容量为 140mAh/g 左右，也有报道实际容量已达155mAh/g。工作电压较高（平均工作电压为 3.7V），充放电电压平稳。

　　主要优点：技术成熟，生产工艺简单，容易制造，体积小巧，比能量高，电导率高，应用范围广泛。

　　主要缺点：循环使用寿命在 300 次左右，成本高（钴是比较稀缺的战略性金属，很多公司用锰锂来代替钴锂），安全性能低，抗过充电性较差，不适合高倍率充放电，废弃后对环境有污染。

　　主要应用领域：主要用于制造手机、笔记本电脑、移动电源及其它便携式电子设备的锂离子电池作正极材料。用于中小型号电芯。

　　（2） 锰酸锂电池（LiMnO4）

　　锰酸锂电池是指正极使用锰酸锂材料的电池，其标称电压达到 3.7V，以成本低， 安全性好被广泛使用。

　　主要优点：资源丰富，成本低，无污染，安全性好，倍率性能好、低温性能好、电压频率高。

　　主要缺点：高温性能、循环性能、储存性能较差，锰在高温情况下易分解，电池组的使用寿命短不易存储。

　　主要应用：混合动力客车、插电式混合动力客车、纯电动客车等等。主要用于大中型号电芯。

　　（3） 磷酸铁锂电池（LiFePO4）

　　磷酸铁锂学名铁电，最大的区别是电池的正极加入了铁元素。磷酸铁锂最近几年才刚刚起步，是一种很有潜力的材料，其安全性能与循环寿命是其它材料所无法相比的，这些也正是动力电池最重要的技术指标。理论容量是 170mAh/g，做成材料的实际可达容量为 160mAh/g。充放循环寿命达 2000 次，单节电池过充电压 30V 不燃烧，穿刺不爆炸。

　　主要优点：2000 次循环使用寿命，大电流充放电，内阻小发热少，安全，原材料来源广泛，价格便宜，环保无毒、无污染，是新一代锂离子电池的理想正极材料。

　　主要缺点：电导率低，体积过大，售价昂贵，数码产品领域尚未大规模使用，消费者心目中的认知度较低。

　　主要应用：磷酸铁锂正极材料做出的大容量电池组更易串联使用，以满足电动车频繁充放电的需要。目前铁电以大容量的电动大巴、信号基站储能和大型UPS 应用为主，其中移动电源、AA 电池刚开始试水大规模生产，这使得磷酸铁锂电池逐步在中大容量UPS、小型储能电池、草坪灯、电动工具中得到广泛应用。比亚迪是全球最大的磷酸铁锂电池制造商及电动车制造商。

　　（3） 镍钴锰电池（LiNiCoMnO2）

　　镍钴锰又称三元材料（LiNiCoMnO2），是聚合物锂离子电池的一种，常见的形态为方块软包形状。理论容量达到 280mAh/g，产品实际容量超过 150mAh/g。

　　主要优点：500 次使用循环寿命，相对于钴酸锂电池安全性高，体积多样性，使用范围非常广泛，不易爆炸，安全系数高。

　　主要缺点：价格较高，废弃后污染环境，大电流充放电性能较弱。

　　主要应用：三元材料随着智能手机的普及近两年来发展迅猛，使用的领域也越来越多。它以镍盐、钴盐、锰盐为原料，镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。

　　（4） 镍钴铝电池（LiNiCoAlO2）

　　锂电池的一种新型正极材料。特斯拉 ModelS 上使用的就是镍钴铝酸锂电池。主要优点：高能量密度，低温性能好。

　　主要缺点：高温性能差，安全性能差，生产技术门槛高。

　　主要应用：动力电池。

　　2. 正极材料技术路线之争

　　（1） 三元锂电和磷酸铁锂

　　由于三元锂电池能量密度高，虽然价格高，但补贴力度也大，一定程度上压制了磷酸铁锂电池的需求。磷酸铁锂电池相较于三元锂电池虽然能量密度较低，但其拥有更高的安全性以及低廉的价格，在后补贴时代，在考虑成本因素的条件下，磷酸铁锂的需求会恢复到合理水平。

　　比亚迪推出了磷酸铁锂刀片电池，省去了模组和大部分支撑结构，由电芯直接成 包，空间利用率大大提升了。同样的电池体积里，现在可以塞下比以前多得多的电芯。据比亚迪给出的数据，对电池包的重塑使刀片电池单位体积能量密度提升 50%，相当于原来满充能跑 400 公里的电动车，如今能跑 600 公里，基本满足多数用户的日常需求。而其他厂商为了赢得市场份额，将磷酸铁锂电池作为可选配件，相较三元锂电池 的车型，价格大幅降低。如特斯拉能够在中国市场一路高歌猛进，除了国产化降成本， 还有一个很重要的原因就是磷酸铁锂电池的使用，直接将 Model 3 的价格拉到了 25 万以下。

　　（2） 高镍低钴成为锂电池发展方向

　　相比于其他锂离子电池正极材料，NCM 材料具有高比容量、低成本和良好的热稳定性等优点，因此在储能领域、电动汽车领域具有十分广阔的应用前景。镍钴锰电池（NCM） 是由镍、钴和锰三种元素通过不同配比而制造而成。

　　镍主要作用是用来嵌埋锂离子，提高镍的比例能够提升电池的能量密度，但过量的镍会降低材料的循环性能，降低电池的使用寿命。

　　钴能够提高导电率和改善循环性能，延长电池的使用寿命，但过量的钴，则会降低嵌埋容量，降低能量密度，此外，由于钴资源贫乏，价格高，过高的钴含量将增加电池的材料成本。

　　锰的作用是提高安全性和材料结构的稳定性，由于成本低廉，可以降低电池的材料成本，但过高的锰会出现尖晶石相，破坏层状结构。

　　因此，三元锂电池需要在以上三种要素进行均衡配比，制造出能量密度足够高， 寿命和安全性足够好，成本足够低的电池。我们常见的 NCM 111 / 523 / 622 / 811 指的都是这三种元素之间的比例。也就是说，NCM 811 是目前镍比例最高的电芯。

　　钴金属在动力电芯里占比大概是 11%，在动力电池 pack 里面占比 6%。与钴相比， 镍的成本相对较低，对提高电池容量、延长电池使用寿命亦有优势。

　　宁德时代正计划在印尼投资 50 亿美元兴建一家锂电池厂，协议要求宁德时代要确保 60%的镍在印尼被加工成电池；此前特斯拉亦宣布将向“镍”车型转变，认为最大限度利用镍将使价格降低 50%，而在能源密集车型里，特斯拉将使用 100%的镍；LG 化学在今年 8 月宣布其联合通用研发的超级镍钴锰铝NCMA 电池，有望明年实现量产；SKI 也于同期宣布成功商业化全球首个镍含量为 90%的 NCM9/0.5/0.5 电池。

　　（3） NCM 811 和NCA

　　在新能源汽车续航里程提高和钴价不断高涨的双重刺激之下，高镍体系的NCM811 和NCA 材料已经成为市场竞逐的热点。

　　目前，从国内动力锂电池制造厂家的选择来看，选择 NCM811 路线者较多，而选择 NCA 路线的少。重要原因首先在于，高镍材料荷电状态下的热稳定性较差，导致电池的安全性下降，使得电池生产公司和终端产品用户对NCA 电池的安全性心存顾虑， 要从电芯设计、电源系统设计、电源使用等环节进行系统可靠的安全设计。

　　其次是充放电过程存在严重的产气，这会导致电池鼓胀变形，循环及搁置寿命下降，电池存在安全隐患，所以通常采用耐压的圆柱电池壳制作 NCA 电池，降低了产气量以控制电池鼓胀变形问题。

　　此外，NCA 要求在电池生产全过程均要控制湿度在 10%以下，而其他材料目前只需注液工序对湿度进行严格控制，这对国内公司形成了很大的挑战。

　　镍钴锰电池的续航表现不如镍钴铝电池，但好处是含锰三元体系热稳定性更佳更为安全，所以目前国内重要研发镍钴锰电池。

　　3. 正极材料年均需求增速超过 30%，价格渐涨

　　由于能量密度提升需求以及钴价格高涨，三元电池正极发展方向是高镍低钴。其中，NCM811 电池钴占正极材料的 10%左右，NCA 电池钴占正极材料的 5%左右。国内NCM811 占三元电池比例 2019 年 9%，迅速提升至 2020 年超 20%；而国外市场主要生产NCA 三元电池。此外，磷酸铁锂因其价格低廉且安全的特征，近期热度逐渐升温。

　　我们测算 2020 年，全球动力电池所需正极材料合计为 27 万吨，其中三元电池正极材料需求 18.3 万吨，磷酸铁锂正极材料需求 8.7 万吨。如果没有颠覆性技术出现的话，预计到 2030 年全球动力电池正极材料需求将上升至 461 万吨，其中三元正极材料271 万吨，磷酸铁锂 190 万吨。正极材料需求年均复合增长 32.81%。其中三元和磷酸铁锂增速分别为 30.96%和 36.06%。

　　2020 年，国内三元材料产量市场集中度继续小幅提升，2020 年达到 77.4％。2020年行业 CR5 约为 52％，头部大型厂商之间的份额差距较小。其中，容百锂电为国内唯一一家三元材料产量超过 2.5 万吨的企业，继续蝉联行业第一宝座，2020 年市占率为14％；天津巴莫排名第二，2020 年市占率为 11％；长远锂科排名第三，2020 年市占率为 10％。

　　2020 年中国磷酸铁锂正极材料出货量大幅增长，出货 12.4 万吨，同比增长 40.9%，市场规模约 45 亿元。从市场竞争格局来看，德方纳米凭借其独特的液相法优势和与大客户宁德时代的绑定，从 2018 年开始成为行业第一，2019 年市占率 29%，2020 年受限于产能，市占率略有下滑，但仍为市场第一。贝特瑞出货量为行业第二，公司将相关业务转让给龙蟠科技（603906）。

　　由于正极材料需求持续旺盛，而产能释放过程相对缓慢，主要产品价格在近期出现上涨态势。其中磷酸铁锂均价从去年的 3.50 万元/吨，升至今年上半年的 4.67 万元/ 吨，涨幅为 33.45%；NCM622 从去年的 13.10 万元/吨，升至今年上半年的 16.40 万元/吨，涨幅为 25.19%；NCM811 从去年的 17.91 万元/吨，升至今年上半年的 19.74 万元/吨，涨幅为 10.22%。

　　九、负极材料前景光明，但行业竞争加剧

　　1. 人造石墨占据负极材料市场份额的八成

　　锂电池的理论容量密度，其上限主要取决于正极材料和负极材料的短板。当前最为常见的石墨负极材料理论比容量为 372mAh/g，高于镍钴锰（NCM）160 mAh/g 和镍钴铝（NCA）170mAh/g 的水平，因此正极材料决定锂离子电池能量密度上限。

　　锂离子电池负极材料的选择主要考虑以下几个条件：

　　（1） 应为层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌；

　　（2） 在锂离子脱嵌时无结构上的变化，具有良好的充放电可逆性和循环寿命；

　　（3） 锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出，以使电极具有较高的可逆容量；

　　（4） 氧化还原反应的电位要低，与正极材料配合，使电池具有较高的输出电压；

　　（5） 首次不可逆放电比容量较小；

　　（6） 与电解质溶剂相容性好；

　　（7） 资源丰富、价格低廉；

　　（8）安全性环保。

　　负极材料可分为碳材料和非碳材料，碳材料包含石墨类材料和无定形碳材料。石墨类碳材料又可分为天然石墨、人造石墨和改性石墨；无定形碳材料可以分为软碳和硬碳。非碳材料可分为硅基材料、锡基材料、氧化物和泰基材料。

　　由于价格便宜，各项技术指标较为均衡，石墨材料是我国锂离子电池负极材料的首选。近两年石墨材料几乎垄断我国锂离子电池的负极材料。其中人造石墨占比更是达到了八成。

　　硅作为负极材料，虽然不具有石墨类材料的层状结构，其储锂机制和其他金属一样，是通过与锂离子的合金化和去合金化进行的，作为锂离子电池理想的负极材料， 硅的优点如下：

　　（1） 硅可与锂形成 Li4.4Si 合金，理论储锂比容量高达 4200mAh/g

　　（2） 硅的嵌锂电位（0.5V）略高于石墨，在充电时不易发生析晶现象；

　　（3） 硅的惰性更强，不易与电解液发生反应，可以避免有机溶剂的共嵌现象。但同时硅基材料也存在自身缺陷导致目前并未大面积推广：

　　硅的缺点如下：

　　（1） 硅与锂生成 Li4.4Si 合金时会充分吸收锂离子，随后其体积会膨胀至 300%，而石墨在吸收锂离子之后膨胀率仅为 7%。当这种反复的体积变化，会造成固态电极变得“松软”，容易导致颗粒粉化，使得活性物质从集流体中脱落，最终崩离影响电极的循环性能。

　　（2） 电解液中的 LiPF6 分解后产生的微量HF 会腐蚀硅，易引起负极容量的显著衰减， 从而使电池的寿命大大降低。

　　（3） 硅阳极由于充放电时容易膨胀和伸缩，所以会破坏锂电池电解质SEI 膜的形成。这个膜是在锂电池初次循环时所形成的，对于阳极材料有保护作用，可以防止材料结构崩塌。而 SEI 膜重复生长，会消耗电解液和锂源，最终导致电池的循环性能变差。所以尽管采用硅材料做负极，对电池能量密度会有显著提升，但是其也带来电池 循环性能等一系列副作用，最终会导致电池寿命缩短。而特斯拉采取的方案是，逐步 在石墨阳极中添加少量的硅，在能量密度和循环寿命中寻找平衡点。特斯拉为电池负 极材料进行优化改进，在普通石墨负极中加入 10%硅材料，从而提升电池整体能量密度，这种在电池能量上的突破带动国内锂电行业在硅碳材料方面的进一步探索和突破。

　　2. 负极材料需求旺盛，但行业竞争加剧

　　根据 ICC 鑫椤资讯统计，2020 年中国石墨负极材料出货量为 46 万吨，海外出货量为 8 万吨，全球合计为 54 万吨。我们测算到 2030 年全球石墨负极材料需求量为 522 万吨，年均复合增速为 25.48%。

　　第一梯队是天然石墨龙头贝特瑞和人造石墨龙头上海杉杉科技和高端人造负极龙头江西紫宸组成。其中，人造石墨市场已呈现出杉杉和紫宸双寡头的格局，而贝特瑞凭借优质的客户，人造石墨也在奋起直追，这 3 家企业 2019 年负极总出货量均在 4 万吨以上。

　　现有企业中璞泰来（江西紫宸）、杉杉股份、国民技术（斯诺实业）、中科电气、翔丰华、凯金能源都在加紧部署负极材料产能与石墨化加工能力。此外，包括福鞍碳材料、湖北宝乾、金泰能、闽光新材料、龙蟠科技、山河智能、华舜新能源相继宣布投资或开工负极材料项目。负极材料行业“马太效应”凸显。国内负极材料市场集中度持续提升，产品毛利率持续走低，新进入者增多的情形下，企业整体面临较大的竞争压力。

　　十、隔膜需求旺盛，产能快速扩张

　　1. 湿法隔膜是主流

　　隔膜的主要作用是使电池的正、负极分隔开来，防止两极接触而短路，此外还具有能使电解质离子通过的功能。隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等，直接影响电电池的种类不同，采用的隔膜也不同。对于锂电池系列，由于电解液为有机溶剂体系，因而需要有耐有机溶剂的隔膜材料，一般采用高强度薄膜化的聚烯烃多孔膜。隔膜的新能要求：

　　（1） 化学稳定：不与电解质、电极材料发生反应；

　　（2） 浸润性：与电解质易于浸润且不伸长，不收缩；

　　（3） 热稳定性：耐受高温，具有较高的熔断隔离性；

　　（4） 机械强度：拉伸强度好，以保证自动卷绕的强度和宽度不变；

　　（5） 孔隙率：较高的孔隙率以满足离子导电要求。

　　湿法技术（Wet）主要用于聚乙烯（PE）隔膜的制造。由于工艺中需要使用石蜡油与 PE 混合占位造孔，在拉伸工艺后需要用溶剂萃取移除，所以该工艺称为湿法。干法技术（Dry）主要用于聚丙烯（PP）隔膜的制造。干法技术主要包括 3 种工艺技术：吹膜+单向拉伸、铸片+单向拉伸以及双向拉伸。

　　锂电池湿法隔膜轻薄、不易撕裂，但 PE 熔点为 135℃，安全性低于干法隔膜，加之原材料及生产流程不同，综合成本高于干法隔膜；干法隔膜产品熔点高，耐热性、耐高压性及抗氧化性更好，但相对于湿法隔膜较厚，且容易纵向撕裂，对电池企业工艺要求较高。

　　隔膜是锂电池材料中技术壁垒最高的环节，其性能的优劣对锂电池的轻量化和安 全性至关重要。湿法隔膜比干法隔膜在力学性能、透气性能和理化性能方面均具有一 定优势，涂覆后可以大幅提升湿法隔膜的热稳定性，总体来说湿法涂覆隔膜具有明显 的性能优势。高端消费电池大多使用湿法隔膜，随着动力电池对能量密度要求的提升， 尤其是三元电池的广泛应用，湿法隔膜在动力电池的渗透率也将逐步提升。

　　2. 隔膜市场供需两旺

　　电解液占电芯成本的 7%-11%。据 ICC 鑫椤资讯统计，2020 年中国锂电池隔膜出货量为 35 亿平方米，同比增长 36.7%，预计 2021 年，国内锂电池需求量就将超过 200GWh， 对应锂电隔膜需求量约 55 亿平米，同比增速达 55%。到 2025 年隔膜供应量将增长至138 亿平方米，未来五年年均复合增速为 31.57%。

　　目前头部隔膜企业持续保持满产生产，订单情况饱和，承接新订单的产能空间有限。但另一方面，国内锂电隔膜产能自 2015 年开始快速扩张，截至 2020 年底，国内湿法隔膜产能达到 70 亿平，干法隔膜产能接近 30 亿平。据不完全统计，2021 年仅恩捷、中材、星源材质、河北金力等国内隔膜企业的新增基膜产能就将达到 22 亿平。快速增长的产能一定程度的压制了隔膜的销售价格。此外，未来固态电池技术成熟后， 锂电池中隔膜将不再需要，锂电池隔膜市场需求将快速萎缩甚至消失。

　　十一、电解液市场需求旺盛，产品价格上升

　　1. 电解液涉及诸多化学制品

　　电解液在锂电池正、负极之间起到传导离子，是锂离子电池获得高电压、高比能的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料构成， 其在一定条件下、按一定比例配制而成。

　　电解液需要满足以下性能要求：

　　（1） 电导率高；

　　（2） 电化学稳定，电位范围宽热稳定性好，工作温度范围宽；

　　（3） 化学稳定性好，与集体流及活性物质不反应；

　　（4） 无毒、无污染；价格便宜。

　　（1） 溶质材料

　　在溶质材料中，LiAsF6 有非常高的电导率、稳定性和电池充电放电率，但由于砷的毒性限制了它的应用。目前常用的锂电池的所有材料，包括电解液都是能符合欧盟的 RoHS,REACH 要求的，LiPF6 各项性能较均衡，且无毒无污染，是使用最广的溶质材料。

　　（2） 溶剂材料

　　有机溶剂是锂离子电池电解液的主体部分，与电解液的性能密切相关，一般用高介电常数溶剂与低粘度溶剂混合使用。锂离子电池对溶剂的要求有安全性、氧化稳定性、与负极的相容性、导电性等，总体要求溶剂具有较高的介电常数、较低的粘度等特点。

　　锂离子电池电解液中常用的溶剂有碳酸乙烯酯（EC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二甲酯（DMC）、碳酸甲乙酯（EMC）等，一般不使用碳酸丙烯酯（PC）、乙二醇二甲醚（DME） 等重要用于锂一次电池的溶剂。PC 用于二次电池，与锂离子电池的石墨负极相容性很差，充放电过程中，PC 在石墨负极表面发生分解，同时引起石墨层的剥落，造成锂离子电池的循环性能下降。

　　锂离子电池电解液有机溶剂在使用前必须严格控制质量，如要求纯度在 99.9%以上，水分含量必须达到 10-6 以下。溶剂的纯度与稳定电压之间有密切联系纯度达标的有机溶剂的氧化电位在 5V 左右，有机溶剂的氧化电位关于研究防止电池过充、安全性有很大意义。严格控制有机溶剂的水分，关于配制合格锂离子电池电解液有着决定性影响。

　　锂电池电解液溶剂材料主要分为三类：碳酸酯、羧酸酯类和醚类。

　　碳酸酯：碳酸乙烯酯（EC）是一种功能优秀的有机溶剂，可溶解多种聚合物。会刺激眼睛，会影响呼吸系统和损坏皮肤。本品应贮存于阴凉、通风、干燥处，按一般化学品规定储运。

　　羧酸酯类：其种类繁多，也较便宜，简单做到比较高的纯度。化学性质还算稳定，即不是很简单被氧化（甲酸酯除外），也不太简单被还原，常温下又多数是液态。

　　碳酸酯和羧酸酯类：两者的混合溶剂可以使得锂电池包在首次充电过程中，负极形成SEI 膜的电位高，避免溶剂还原，保证电池安全性，进步低温电池的容量保持率和高倍率充放电容量。

　　（3） 添加剂

　　添加剂是向电解质中掺入少量物质，快速改变电解液的物理和化学性能，其基本要求包括：少量即可改善电池一种或几种性能；不与电池中其他材料发生反应；与有机溶剂有较好的相溶性；无毒或低毒；价格便宜。

　　1） 成膜添加剂

　　优良的 SEI 膜（固体电解质薄膜）具有有机溶剂不容性，允许锂离子自由的进出电极而溶剂分子无法穿越，从而阻止溶剂分子共插对电极的破坏，提高电池的循环效率和可逆容量等性能。

　　其主要分为无机成膜添加剂（SO2、CO2、CO 等小分子以及卤化锂等）和有机成膜添加剂（氟代、氯代和溴代碳酸酯等，借助卤素原子的吸电子效应提高中心原子的得电力能力，使添加剂在较高的电位条件下还原并有效钝化电极表面，形成稳定的 SEI 膜。）另有 Sony 公司专利报道，在锂离子电池非水电解液中加入微量苯甲醚或其卤代衍生物，能改善电池的循环性能，减少电池不可逆容量的损失。

　　2） 导电添加剂

　　对提高电解液导电能力的添加剂的研究主要着眼于提高导电锂盐的溶解和电离以及防止溶剂共插对电极的破坏。

　　其按作用类型可分为与阳离子作用型（主要包括一些胺类和分子中含有两个氮原 子以上的芳香杂环化合物以及冠醚和穴状化合物）、与阴离子作用型（阴离子配体主要是一些阴离子受体化合物，如硼基化合物）及与电解质离子作用型（中性配体化合物 主要是一些富电子基团键合缺电子原子N 或B 形成的化合物，如氮杂醚类和烷基硼类）。

　　3） 阻燃添加剂

　　作为商业化应用，锂离子蓄电池的安全问题依然是制约其应用发展的重要因素。锂离子蓄电池自身存在着许多安全隐患，如充电电压高，而且电解质多为有机易燃物， 若使用不当，电池会发生危险甚至爆炸。因此，改善电解液的稳定性是改善锂离子电池安全性的一个重要方法。在电池中添加一些高沸点、高闪点和不易燃的溶剂可改善电池的安全性。

　　主要分为：（1）有机磷化物 （2）有机氟代化合物 （3）卤代烷基磷酸酯4）过充保护添加剂

　　对于采用氧化还原对进行内部保护的方法人们进行了广泛的研究，这种方法的原理是通过在电解液中添加合适的氧化还原对，在正常充电时这个氧化还原对不参加任何化学或电化学反应，而当电池充满电或略高于该值时，添加剂开始在正极上氧化， 然后扩散到负极发生还原反应，如下式所示。

　　正极：R→O+ne-

　　负极：O+ne-→R

　　最佳的过充电保护添加剂应该具有 4.2~4.3V 的截止电压，从而满足锂离子蓄电池大于 4V 电压的要求，总的来说，这一部分的研究工作还有待进一步研究。

　　5） 控制电解液中水和HF 含量的添加剂

　　有机电解液中存在的痕量水和 HF 对性能优良的 SEI 膜的形成是有一定作用的， 这些都可以从 EC、PC 等溶剂在电极界面的反应中看出。但水和酸（HF）的含量过高， 不仅会导致 LiPF6 的分解，而且会破坏SEI 膜。当Al2O3、MgO、BaO 和锂或钙的碳酸盐等作为添加剂加入到电解液中，它们将与电解液中微量的 HF 发生反应，降低 HF 的含量，阻止其对电极的破坏和对 LiPF6 分解的催化作用，提高电解液的稳定性，从而改善电池性能。但这些物质去除 HF 的速度较慢，因此很难做到阻止 HF 对电池性能的破坏。

　　而一些酸酐类化合物虽然能较快地去除HF，但会同时产生破坏电池性能的其它酸性物质。烷烃二亚胺类化合物能通过分子中的氢原子与水分子形成较弱的氢键，从而阻止水与 LiPF6，反应产生 HF。

　　6） 改善低温性能的添加剂

　　低温性能为拓宽锂离子电池使用范围的重要因素之一，也是目前航天技术中必须具备的。N，N 一二甲基三氟乙酰胺的黏度低（1.09mPa·S，25°C）、沸点（135°C）和闪点（72°C）高，在石墨表面有较好的成膜能力，对正极也有较好的氧化稳定性，组装的电池在低温下具有优良的循环性能。有机硼化物、含氟碳酸酯也有利于电池低温性能的提高。

　　7） 多功能型添加剂

　　多功能添加剂是锂离子电池的理想添加剂，它们可以从多方面改善电解液的性能， 对提高锂离子电池的整体电化学性能具有突出作用。正在成为未来添加剂研究和开发 的主攻方向。

　　实际上，现有的某些添加剂本身就是多功能添加剂。例如，12-冠-4 加入 PC 溶剂后。在提高 Li+的自身导电性的同时，利用冠状配体在电极表面的亲电作用使得 Li+在电极界面与溶剂分子反应的可能性大大降低，冠醚对 Li+的优失溶剂化作用抑制了 PC 分子共插，电极界面 SEI 膜得到优化，减少了电极首次不可逆容量损失。此外，氟化有机溶剂、卤代磷酸酯如 BTE 和 TTFP 加入电解液后，不仅有助于形成优良的 SEI 膜， 同时对电解液具有一定的甚至明显的阻燃作用，改善了电池多方面性能。

　　2. 到 2025 年全球电解液需求 1200 亿元

　　电解液占电芯成本的 5%-8%。其中，溶质占电解液成本的一半。溶质价格显著影响电解液的价格。其作用是保证电池在充放电过程中有充足的锂离子实现充放电循环， 目前使用最为广泛的溶质是六氟磷酸锂；溶剂成本占比约 30%，质量占比达 80%以上，目前主要使用的是碳酸酯类溶剂；添加剂成本占比 10%，是电解液竞争力差异化的主要来源之一。

　　按照每 GW 电池需要电解液 1098 吨计算，到 2025 年全球动力电池需求量将达1490GW，需要电解液 163.60 万吨。按照目前价格，市场空间约为 1200 亿元。但另一方面，如果固态电池技术成熟，与锂电池隔膜类似，现有液态电解液将被快速替代， 市场需求将萎缩。

　　十二、主要稀缺资源供需趋势

　　1. 锂——70%的供应依赖进口

　　锂是锂离子电池不可或缺和不可替代的元素。在锂离子电池电解液中加入锂盐， 是锂离子能量的载体，当电池放电时，锂离子从阴极穿过隔膜进入正极，而充电时， 锂离子穿过隔膜进入负极。此外，在磷酸铁锂电池中，磷酸铁锂也作为电池的正极材料。

　　自然界的锂存在于锂辉石、锂云母和磷锂铝石中以LiO2 的形式存在，相当大的部分还存在含盐湖卤水中。通过对含锂矿石加工得到工业级碳酸锂，再提纯精炼制成电池级碳酸锂，再将碳酸锂制成各种锂电池需要的材料。

　　全球锂资源总量丰富，分布集中，主要分布在南美洲、澳大利亚和中国。据美国 地质调查局的数据，2020 年全球锂资源储量约为 2100 万吨（金属锂），静态储采比超过256 年，主要集中在智利（750 万吨，占比 48%）、中国（350 万吨，21%）澳大利亚（270 万吨，占比 17%}、阿根廷（200 万吨，占比 13%}，其他锂资源较丰富的国家包括美国、巴西、葡萄牙、津巴布韦。全球锂资源不仅表现出区域分布集中的特点，还表现出控 制权高度集中的特点。澳大利亚的 Talison Lithium 公司和银河资源（Galaxy Resources Ltd.）两家公司控制了全球约 70%的矿石锂供给，而SQM、Rockwood 以及 FMC 三家公司则控制了全球约 92%的盐湖锂供应。我国占全球锂矿消费量的近一半，进口依赖度约 70%，其中约一半来自于澳大利亚。

　　中国锂资源主要分布在青藏高原、四川、新疆、江西、内蒙等省份，锂矿资源类型多种多样，但是约 80%以上锂资源赋存于盐湖中；绝大多数盐湖分布在青藏高原等生态脆弱区；矿石锂资源集中于四川、江西、湖南、新疆等省份。

　　我们对历年碳酸锂价格和新能源汽车销量增速做对比，二者有较显著的相关性， 当新能源汽车销量增速上升，碳酸锂价格也随之升高，当新能源汽车销量增速下降时， 碳酸锂价格业会随之降低。

　　未来 5-10 年，全球新能源汽车渗透率将快速升高。根据 Canalys 最新预测，预计到 2021 年，电动汽车将占全球新车销售的 7％以上，进一步增长 66％，叠加美联储放水的影响，2021 年碳酸锂价格有望保持上升趋势。

　　中国锂矿资源主要分布再四川、青海和西藏，虽然矿藏量丰富，但因交通和地理位置限制，短时间大规模开采可能性很大，加上部分矿产品位较低，提炼成本较高， 自由产能难以满足本土动力电池激增的需求。目前国内锂资源 70%依赖进口，随着中国锂离子电池需求和产能进一步扩张，对外依赖度将进一步提升。

　　2. 钴——高价促使需求减少

　　钴元素在三元正极材料中，起到提高导电率和改善循环性能，延长电池的使用寿命的作用。全球钴资源储量较贫乏，但分布较集中。据美国地质调查局的数据，2020 年全球钴资源储量约为 710 万吨，静态储采比为 50 年，主要集中在刚果（金）（360 万吨，占比 51%）、澳大利亚（140 万吨，占比 20%}、古巴（50 万吨，占比 7%}，其他钴资源较丰富的国家包括俄罗斯和加拿大。

　　在 2020 年之前，钴价格和新能源车销量增速变动方向基本一致。由于三元电池能量密度相对高，钴占三元电池成本相当大的部分，钴需求大幅增长，钴价在 2018 年突破 9 万美元/吨，三元电池成本也急剧升高。为降低成本同时提高能量密度，电池厂家推出NCM811 电池，钴需求量下滑，因此在 2020 年后钴价并未随新能源车销量增长而提高。

　　目前全球 60%的钴产量出自于 4 家企业，分别是嘉能可、洛阳钼业、欧亚资源和金川集团。其中，嘉能可，洛阳钼业和欧亚资源三家公司的产量已达全球钴产量的 40%。嘉能可目前是全球最大钴矿生产商，2016 年全年共产钴原料 28300 吨， 占全球钴矿总产量 23%；洛阳钼业并购的 Tenke 矿，2016 年生产钴金属 1.45 万吨，居世界第二；欧亚资源集团（ERG），除了拥有 MukondoMountain 铜钴矿，控股的Camrose 还拥有包括 KolweziTailings、Africo 项目和 Coe 项目等几个中小铜钴矿，目前产量约 6 千多吨左右，居世界第三。国内钴供给 96%依靠进口。

　　3. 镍——价格仍有提升潜力

　　镍在三元电池的作用在于提高增加材料的体积能量密度。三元电池的发展从最早期的NCM111 到 NCM523，再从 NCM523 到NCM622,再到最新的 NCM111，镍的比例从 30%左右，提高到正极材料的 80%左右，使用比例不断提高。

　　全球镍资源储量较丰富。据美国地质调查局的数据，2020 年全球镍资源储量约为9400 万吨，静态储采比为 37.6 年，虽然静态储采比不高，但年新增探明储量大多高于开采量，因此总储量大体保持增长态势。从矿产分布来看，主要集中在印尼（2100 万吨， 占比 18%）、澳大利亚（2000 万吨，占比 17%）、巴西（1600 万吨，占比 14%），其他镍资源较丰富的国家包括俄罗斯和古巴。

　　从镍的价格走势和新能源车产量增速对比来看，二者在 2019 年走势相近，但在2019 年之后，随着镍在正极比例越来越高，镍的需求相对更旺盛，总体保持向上的走势。高镍占三元材料出货量的占比在 2019-2020 年从 9%上升到 24.1%，从各国动力电池技术路径规划来看，高镍将成为正极行业主流发展方向。2020 年NCM811 电池占宁德时代动力电池出货量的 20%，随着对电池能量密度提升的需求，NCM811 电池占比将逐渐升高，未来镍的价格还有提升空间。

　　印尼镍资源储量约 2100 万吨，作为全球镍资源储量最大和开采量最大的国家，印度尼西亚已成为“兵家必争之地”。

　　目前在印尼布局镍资源的主要有三类玩家，第一类是手握资源的本土企业，代表企业：安塔姆、Harita；第二类是长期扎根的西方巨头，淡水河谷、Eramet；第三类是迅速崛起的中资企业，青山集团、宁德时代、格林美、华友钴业。上述三类企业也成为电池、材料、车企合资的重要对象。

　　4. 锰——主要用途还是钢材冶炼

　　在三元锂电池中锰的作用是提高安全性和提升结果稳定性。随着电池不断追求更高的能量密度，锰的使用量逐步降低。

　　全球锰资源储量较丰富。据美国地质调查局的数据，2020 年全球钴资源储量约为130 万吨，静态储采比为 70 年，总探明储量大保持增长态势。从矿产分布来看，主要集中在南非（52 万吨，占比 40%）、巴西 27 万吨，占比 20%}、乌克兰（14 万吨，占比11%}，其他锰资源较丰富的国家包括印度和中国。

　　由于锰 90%用于钢铁冶炼，因此锰的价格和新能源汽车的产销走势不大相关，从近期表现来看，锰价基本保持稳定。

　　十三、2030 年全球动力电池梯次利用将超千亿

　　当动力锂电池容量衰减至 80％时，不适宜继续在车辆上服役，即将退役的动力电池用在储能等其他领域作为电能的载体使用，从而充分发挥剩余价值。

　　我国新能源汽车的推广是在 2015 年之后，并且在近几年实现了爆发性增长，锂离子动力电池通常使用寿命为 5-8 年，因此从 2020 年开始，我国锂电池退役数量进入爆发期。

　　2019 年全国锂动力电池累计退役量约为 8.4 至 12.4 万吨。中国汽车技术研究中心预测，2020 年，我国动力电池累计退役量将达 20 万吨（约 25GWh）；2025 年，累计退役量约为 78 万吨（约 116GWh），其中，约有 55 万吨（占总退役量 70%）退役

　　动力电池可进入梯次利用环节，庞大的退役量也让动力电池回收成为当前行业前行过程中亟待解决的问题。

　　2018 年我国废旧动力电池回收市场规模约为 50－65 亿元，预计该市场规模在2020 年可达到 70－75 亿元，2025 年市场规模或将突破 250 亿元。动力电池退役量的持续攀升，也为动力电池回收市场带来了巨大的利润空间。

　　国际环保组织绿色和平与中华环保联合会共同发布了《为资源续航：2030 年新能源汽车电池循环经济潜力研究报告》。根据报告团队的估算，2021 至 2030 年，全球乘用电动汽车动力电池退役总量将会达到 1285 万吨，其中中国动力电池退役总量将会达到 705 万吨，到 2030 年全球乘用电动汽车的动力电池将面临总电量 463GWh 的大规模退役，如果对退役电池进行梯次利用，几乎可以覆盖全球储能的用电需求，总价值将达到 1000 亿人民币，大约是 2019 年的 25 倍。