锂离子电池概览
锂离子电池是一种可充电电池,通过锂离子在充放电循环中于正负极间进行可逆的插层反应来存储和释放能量。根据终端应用场景的不同,锂离子电池展现出各异的性能特徵,包括能量密度、循环寿命、安全性、倍率性能及温度适应性。
就应用而言,锂离子电池主要分为三大类:动力电池(主要应用于电动汽车)、储能电池(主要应用于储能系统)以及消费电子电池(主要应用于手机、笔记本电脑等便携设备)。各类应用对锂离子电池应用提出独特性能要求,推动著整个产业链在材料、设计及制造工艺方面持续创新。
锂离子电池产业市场规模
全球锂离子电池市场在2020年至2024年间呈现爆发式增长,市场规模由2020年的302.9吉瓦时快速攀升至2024年的1,450.5吉瓦时,年複合增长率达47.9%。随著全球能源转型,锂离子电池市场预期将持续扩张。全球锂离子电池市场规模预计将于2030年达到5,448.0吉瓦时,自2024年至2030年的年複合增长率将达24.7%。这一增长主要受各交通领域电气化(包括乘用车、商用车、船舶和机械)、可再生能源储能需求增加以及消费电子设备广泛普及的推动。
中国锂离子电池市场规模由2020年的126.1吉瓦时快速扩张至2024年的766.1吉瓦时,预计到2030年将达到2,715.7吉瓦时,年複合增长率达23.5%,持续保持领先地位。同时,海外市场亦呈现快速增长态势。欧洲锂离子电池市场规模由2020年的85.4吉瓦时增长至2024年的256.4吉瓦时,预计2030年将达到1,109.9吉瓦时,年複合增长率达27.7%。美国锂离子电池市场规模由2020年的52.8吉瓦时增长至2024年的227.5吉瓦时,预计2030年将达996.0吉瓦时,年複合增长率达27.9%。
市场驱动因素
动力电池市场快速扩张:全球动力电池市场保持并有望持续保持高速增长,主要驱动因素为新能源乘用车及商用车的加速普及、单车电池容量的持续提升,以及多元化应用场景的涌现。
• 电动车加速普及:乘用车领域呈现稳定增长态势,主要得益于产品阵容日益多元化、智能功能升级、消费者需求增长,同时受到政策支持和成本优势逐步显现的推动。电动车的电气架构更适应智能功能所需的硬件和软件系统。随著全球汽车行业稳步迈向电气化,汽车制造商正推出越来越多智能电动车型。商用车领域实现快速增长,主要驱动力来自成本效益提升、技术进步、政策激励措施及商用车车型不断增加。
日益完善的电动车充换电网络亦显著提高了使用电动车的便利性。全球电动车出货量由2020年的830万辆增加至2024年的3,280万辆,年複合增长率达40.8%,预计2030年将达到8,770万辆,年複合增长率为17.8%。全球电动车渗透率(以电动车出货量佔汽车总出货量的百分比衡量)由2020年的4.1%攀升至2024年的19.9%,预计2030年将达到56.1%。
• 单车电池容量提升:电动车制造持续提升单车电池容量,以提高行驶里程和整体性能。与新能源乘用车相比,新能源商用车的平均单车电池能量容量更大。单车电池能量容量的提升促进了电动车电池出货量的增长。
• 多元化应用场景的涌现:随著技术的进步和创新,动力电池的应用领域逐渐扩展到机械、船舶、eVTOL、智能应用(如机器人)等新兴领域,进一步推动动力电池需求的增长。
储能市场崛起:储能系统已成为锂离子电池技术最重要且增长最快的应用领域之一,不仅促进下游需求多元化,更为产业创造新的增长动能。全球用电量持续增长、太阳能与风能等再生能源加速部署、及储能解决方案成本竞争力提升,共同推动储能领域对锂离子电池需求的显著增长。
• 全球用电量持续增长:在全球经济发展、人口增长和电气化加速的推动下,全球电力需求持续增长。2024年全球电力需求达到约26,000太瓦时,2030年将达到31,000太瓦时。此外,人工智能的发展也推动了数据中心对计算能力和用电量的需求激增。预计到2030年,全球数据中心用电量将达到约2,600太瓦时。
• 可再生能源部署:风能和太阳能已成为全球清洁能源转型的主要途径。全球风电与太阳能装机容量由2020年的1,520.4吉瓦增加至2024年的3,257.8吉瓦,年複合增长率达21.0%,预计2030年将达到7,871.5吉瓦,年複合增长率为15.8%。风电及太阳能发电佔全球累计装机容量的比例从2020年的19%上升到2024年的32%,预计2030年将超过50%。然而,其发电量却不稳定且波动剧烈。储能作为灵活性调节资源,改善绿电消纳问题、平衡电力供需及保障电力稳定的关键技术,重要性日益凸显。此外,许多国家还出台政策,引导和支持可再生能源和储能产业的发展,推动电力系统和市场的完善。
• 成本竞争力提升:随著技术进步、供应链成熟及规模效应显现,储能系统相关成本大幅下降。这些因素提高了储能解决方案的成本效益,带动了储能电池需求的快速增长。
消费电子产品电池市场的稳步增长与发展:受益于人工智能应用加速普及及部分新兴市场渗透率较低,全球主流消费电子产品(如手机、笔记本电脑和平板电脑)需求保持稳定。同时,在技术升级的推动下,消费服务机器人和智能可穿戴设备等新兴设备类别不断涌现,扩大了消费电池的应用场景,从而促进了市场的持续增长。
高性能锂离子电池作为关键储能载体,具备高能量密度、超快充、宽温度范围、高安全性、及长寿命的特性,是新型电力系统的基础组件,更是实现低碳社会的重要推手。锂离子电池单体的核心材料主要包含电解液、正极材料、负极材料、隔膜,以及胶粘剂等辅助材料。
在锂离子电池电芯中,原材料通常佔总成本的70%至80%,其中正极材料佔比最大,其次是负极材料、电解液、隔膜及其他辅助材料。成本结构因正极化学成分而异。对于磷酸铁锂离子电池,正极材料通常佔原材料成本的30%至40%,负极材料佔20%至30%,电解液佔10%至15%,隔膜约佔10%,其他辅助材料约佔20%。对于三元锂离子电池,正极材料通常佔原材料成本的40%至50%,负极材料佔10%至20%,电解液佔10%至15%,隔膜约佔10%,其他辅助材料约佔20%。