氧化铁应用(动力电池)
世界的整体交通量正在迅速扩大。逆势而上,通过国际行动和国内努力,出台了大量法规和指令,对制造业温室气体排放提出了更加严格的规定。作为技术创新的先驱者,汽车制造商和供应商已经接受了挑战,以实现盈利和可持续发展,从而见证了电动汽车的诞生。
在蓬勃发展的电动汽车市场,中国政府向电动汽车购买者提供高达 6 万元人民币(约合 8,800 美元)的溢价,这是其他工业国家无法比拟的。目标是使中国成为世界领先的电动汽车生产国。而这样的补贴仅仅是个开始。据悉,中国政府拟设立1000亿元人民币的投资计划,推动电动汽车的研发。到2015年,中重型混合动力乘用车保有量达到100万辆;全新混合动力乘用车的平均油耗应达到5.9升/百公里。
如今,几乎所有大牌汽车制造商都致力于电动汽车的发展。然而,这项技术仍处于起步阶段。在获得客运量的重要份额之前,电动汽车必须克服许多障碍,其中电池是最困难的。除了建立全面的电池充电网络外,研究人员还试图延长电池本身的使用寿命,以支持长途旅行。
为适应电动汽车将取代内燃机作为唯一动力源的趋势,朗盛无机颜料事业部已成为推动氧化铁颜料发展的引擎,在电动汽车领域发挥着重要作用。 -车辆。氧化铁颜料用作生产磷酸铁锂(LiFePO4或LFP)的铁原料,磷酸铁锂用作电动汽车电池的阴极材料。
由于更高的能量密度,电池技术逐渐从以前的镍金属氢化物(NiH)转向现在的锂离子技术(Li)。现在市场上有各种各样的锂离子技术。阴极技术需要在能量密度、安全性、稳定性和成本之间取得平衡,对电池的成功起着至关重要的作用。
在各种锂离子正极材料中,LiFePO4 正极已被证明最能平衡所有要求。第一代 LiFePO4 正极基于沉淀技术。现在该技术正逐渐转向固态,需要具有极好的一致性和反应性的高质量氧化铁颜料。朗盛可以提供具有各种粒度、晶体形状和结构以及纯度水平的定制氧化铁,以满足所有可能的 LiFePO4 合成路线的最高要求。
由于电池化学品的应用领域非常多样化且不断发展,朗盛电池应用产品通常根据客户的个性化需求量身定制。凭借产品组合中的多种技术氧化铁,朗盛可以为磷酸铁锂正极的生产提供多种替代方案。
其中一种替代品是磁铁矿 Bayoxide® E 8611,它是一种高品质的工业氧化铁,具有令人印象深刻的反应性和纯度。作为一种铁原料,Bayoxide® E 8611 广泛用于合成铁化学品的多种应用。
朗盛无机颜料业务部的显著成功一方面归功于其充足的研发投入,不断为其在无机颜料/技术氧化物生产领域的专业知识和技术注入做出贡献,另一方面,朗盛在整个行业价值链中建立的可靠和值得信赖的合作伙伴关系。朗盛目前是世界上最大的氧化铁颜料生产商,因此拥有最高的产能和工厂可用性,可以满足电动汽车电池正极生产对氧化铁颜料日益增长的需求。
朗盛在其生产过程中具有高度的生态意识,也被公认为可持续和环保制造的标杆。与客户共同开发以满足苛刻的市场需求的朗盛产品的卓越之处在于其高反应性和长期项目的质量一致性。
由于磷酸铁锂动力电池具有上述特点,并且生产出各种不同容量的电池,很快得到广泛地应用。它主要应用领域有:
大型电动车辆:公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等;
轻型电动车:电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等;
电动工具:电钻、电锯、割草机等;
遥控汽车、船、飞机等玩具;
太阳能及风力发电的储能设备;
UPS及应急灯、警示灯及矿灯(安全性最好);
替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池(尺寸完全相同);
小型医疗仪器设备及便携式仪器等。
新能源汽车保有量达784万辆。截至2021年底,全国新能源汽车保有量达784万辆,占汽车总量的2.60%,扣除报废注销量比2020年增加292万辆,增长59.25%。其中,纯电动汽车保有量640万辆,占新能源汽车总量的81.63%。2021年全国新注册登记新能源汽车295万辆,占新注册登记汽车总量的11.25%,与上年相比增加178万辆,增长151.61%。近五年,新注册登记新能源汽车数量从2017年的65万辆到2021年的295万辆,呈高速增长态势。
汽车保有量突破3亿辆,摩托车大幅增长。截至2021年底,全国汽车保有量达3.02亿辆。2021年全国新注册登记汽车2622万辆,比2020年增加198万辆,增长8.16%。其中载货汽车新注册登记404万辆,比2020年减少12万辆,下降2.88%,呈下降趋势。摩托车新注册登记1005万辆,比2020年增加179万辆,增长21.67%,近三年保持快速增长。
2021年,我国动力电池市场持续“供不应求”态势。记者在国内动力电池产业发展高地江苏调研发现,多家头部企业2022年订单已经排满,部分企业甚至已拒收新增订单。
中航证券研报显示,2021年1至11月,我国动力电池装机量累计达128.3GWh,同比增长153%。中国汽车工业协会预测,2022年,中国新能源汽车销量达500万辆,同比增长47%。
良好的预期带动动力电池产业加速扩张。根据已公布的数据,包括宁德时代、比亚迪、中创新航、蜂巢能源、国轩高科、亿纬锂能、远景(参数丨图片)动力、孚能科技、欣旺达、瑞浦能源等在内的企业,至2025年合计规划产能将达3TWh。
“大规模产能的运营能力也是当前动力电池企业的核心能力之一。”中航锂电副总裁王小强认为,在当前市场情况下,企业稳定的供给能力是抢抓市场的重要因素。
江苏省动力及储能电池产业创新联盟秘书长杨凯认为,目前各地规划的产能总量很庞大,但真正适销对路的产品产能不够用。
值得注意的是,作为2021年资本市场投资热点,动力电池产业在2021年末至2022年初迎来了一波深度调整,2021年12月10日至2022年1月10日间,累计下跌幅度超过17%。多家券商机构表示,受前期涨幅过大影响,2022年的锂电池产业或将迎来调整期。
三大不确定性值得关注
一边是乐观的发展预期,一边是资本市场“用脚投票”,记者在采访中发现,动力电池行业的“割裂表现”主要受到三大不确定性因素影响。
一是关键原材料在外,供应链存安全风险。尽管从全球来看,中国的动力电池产业具有相当强劲的市场竞争力,但不可忽视的是,在现有技术路线下,高能量密度三元锂电池中所含的锂、钴等原材料严重依赖进口,而这也是为什么2021年包括宁德时代在内的诸多龙头企业纷纷“目光向外”找矿的原因。
“全世界钴储量集中在刚果(金)、澳大利亚等国家,能否稳定供应存在诸多变数。”杨凯说。
与此同时,原材料高度依赖进口也导致动力电池产能应用出现“肠梗阻”。
蜂巢能源首席运营官何胜奎表示,国内动力电池厂家对锂矿的加工能力是充足的,但锂矿的供应则显短缺。“现在一些厂家在囤货,进一步加剧了原材料的价格上涨。所以,看似各家的产能规划非常惊人,但能否兑现还要打问号。”
二是颠覆性技术何时实现存在问号,盲目扩张容易“打水漂”。近年来,固态电池、无钴电池、钠离子电池等概念层出不穷。“包括钠离子电池、固态电池等在内的技术路线实际上已经研究了很长时间。”杨凯表示,近年来,虽然不时有企业宣传在电池的颠覆性技术领域取得重大突破,但真正量产并获得市场认可的还不多。“大家都看到了短期突破的希望,但短期是多短?三年还是五年,实际上没人说得准。”
值得注意的是,先发的日韩等电池龙头企业已经在多个技术路线上做好了专利布局,国内动力电池企业若想“换道超车”或面临更大的技术挑战。多位受访人士表示,在“1GWh产能需要近2亿元投资”的背景下,企业产能扩张应该把握好节奏。
三是技术人才短缺,令行业竞争过早进入“肉搏战”。 “企业研发团队成员中,没有一个人未接到过猎头的电话”“跳槽一下工资起码翻倍”“贴着招聘信息的车子就在厂子周围转”……记者在采访中发现,由于国内人才供给严重不足,相关企业对人才的争夺已经进入“贴身肉搏”状态,个别企业甚至干起了“圈养”,即高薪聘请研发人员后,让这些人员从事相对低端的工作,只为了让其他企业招不到人。
“往往一家新电池厂投产,就容易对其他企业的人员队伍产生冲击。”有企业负责人说。
多位业内人士表示,在资本助推下,头部动力电池企业纷纷开启“买买买”模式,但人才的培养并非短期内可以完成,接下来一段时间内,人才短缺问题将成为掣肘产业发展的重要因素。
龙头企业是关注重点
多位受访对象预测,动力电池产业在经历了2021年的快速增长后,2022年将出现结构性分化。
上海电气国轩新能源科技有限公司相关负责人认为,动力电池的高投入特征,令需要重资产投入的电芯产能集中在头部几家公司手中,在原材料、人力成本等涨价因素推动下,缺乏规模效应的“中小玩家”已经难有市场空间。前海开源基金首席经济学家杨德龙认为,2022年,锂电池可能会出现从产能不足到产能过剩的过程,这将会加大行业竞争,而龙头企业更有优势。
具体来看,东吴证券研报预测,受上游原材料成本上涨影响,2022年电池或涨价5%至10%,核心公司出货量有望翻番。从具体产业链看,碳酸锂、隔膜、铜箔等或将出现全年偏紧状态,建议关注产业链中游的龙头企业和价格弹性大的锂资源龙头企业。
中航证券研报认为,受电池厂扩厂因素影响,锂电设备高增长确定性较强,那些绑定头部电池企业、具备技术和产品优势的锂电设备龙头公司将占据更大市场份额。
随着小鹏P7车型近期上市,磷酸铁锂电池因其充电速度大幅提升而备受青睐。今年前11个月,国内磷酸铁锂电池总装车量已超过三元电池,占比过半。同时,资本也纷纷布局磷酸铁锂,市场需求呈上升趋势。然而,由于今冬极端天气频频来袭,给磷酸铁锂等新能源车动力电池性能带来了挑战。如何突破瓶颈,各家车企正欲八仙过海,试图拿出各自的“高招儿”。
续航能力缩减原因已破解
小鹏汽车日前宣布,搭载磷酸铁锂电池的小鹏P7车型正式上市,新车搭载了由宁德时代提供的磷酸铁锂电池;在快充模式下,电量由30%充至80%预计仅需要30分钟。
记者查阅公开资料显示,磷酸铁锂电池内部结构,左边是橄榄石结构的LiFePO4材料构成的正极,由铝箔与电池正极连接;右边是由碳(石墨)组成的电池负极,由铜箔与电池的负极连接。中间是聚合物的隔膜,它把正极与负极隔开,锂离子可以通过隔膜而电子不能通过隔膜。电池内部充有电解质,电池由金属外壳密闭封装。
磷酸铁锂电池具有工作电压高、能量密度大、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应、绿色环保等一系列独特优点,并且支持无级扩展,适合于大规模电能储存,在可再生能源发电站发电安全并网、电网调峰、分布式电站、UPS电源、应急电源系统等领域有着良好的应用前景。
目前,搭载磷酸铁锂电池的车型越来越多。然而,相较于三元电池,磷酸铁锂电池耐低温性能更差,因此解决新能源车冬季续航问题迫在眉睫。
1-11月,国内三元电池装车量累计63.3GWh,占总装车量49.3%,磷酸铁锂电池装车量累计64.8GWh,占总装车量50.5%。今年前11个月,国内磷酸铁锂电池总装车量已超过三元电池。然而,相较于三元电池,磷酸铁锂电池耐低温性能较差。
冬季气温降低,电解液电化学反应阻力增加,电池容量就会降低,从而导致续航里程缩减。冬季电动车空调用电、寒冷环境造成的行驶阻力增加,也都会造成电动车在冬季的能耗升高,续航里程下降。
多家车企拿出破解难题“高招儿”
随着我国新能源汽车市场表现不断冲击新高,能否改善用户体验直接关系到新能源汽车产业接下来的发展,因而解决冬季续航问题变得尤为迫切。
多家车企正在续航技术方面寻求突破。其中,宁德时代与上汽智己共同研发的“掺硅补锂电芯电池”技术,可让纯电动车的续航里程突破1000公里。
另有多家车企采用增加电动热泵系统的方式,在保温措施方面有所改善。如蔚来EC6、小鹏P5、比亚迪基于e平台3.0打造的海豚等纯电车型都搭载了热泵系统。威马汽车则表示,威马在热管理2.0系统中加入了一台用于给电池组恒温的柴油加热器,而威马的热管理2.0系统的柴油加热器除了会用于电池组的恒温工作之外,还能够协助空调制热,用于空调暖风系统。
日前,工信部装备工业一司召开电动汽车低温应对工作座谈会,针对今冬可能出现的极寒天气,共同研究商讨对策,做好技术保障和工作预案准备,最大程度保障用户正常使用。“整车企业、电池企业、研究机构等要加强工作配合,强化技术协同攻关,加大研发投入保障力度,从根本上推动解决低温问题,提升产品质量水平和环境适应性。”装备工业一司强调。
不过,北方工业大学汽车产业创新研究中心研究员张翔表示,目前,锂电池是发展最为成熟的电池技术,能量密度几乎已经达到极限,未来一段时间或难以出现大规模量产、颠覆锂电池的技术。如果要提高汽车的续航里程,或许只能改变技术路线,比如配备固态电池或者燃料电池,但是目前这两类电池距离商用化还有很长的道路。
资本发力 集中布局抢市场
近年来,随着磷酸铁锂电池装机量持续攀升,以及续航技术难题已有望破解,上游原材料磷酸铁锂需求量暴涨,多家上市企业密集布局。
磷酸铁锂行业巨大的需求行情,引来了大批资本雄厚的企业纷纷布局。
11月26日晚,云天化公告称,为加快推进建设50万吨/年磷酸铁电池新材料前驱体及配套项目,公司拟投资10亿元,在云南省安宁市安宁工业园草铺化工园区投资设立全资子公司云南云天能源新材料有限公司(暂定名),承接该项目的建设和运营,项目总体预计投资72.86亿元。
12月1日,龙佰集团发布公告表示,拟在湖北省南漳县投资建设年产15万吨电池级磷酸铁锂项目、钛白粉后处理扩能项目(20万吨/年),合计总投资30亿元。
12月9日晚,中伟股份发布公告称,公司董事会审议通过《关于与开阳县人民政府签署投资协议的议案》。拟投资约100亿元人,建设年产20万吨磷酸铁及磷酸铁锂材料生产线一体化项目,同时在化工园区范围内配套建设磷矿制磷酸或黄磷、磷酸一铵,另配套矿区及磷矿开采,以匹配20万吨磷酸铁锂产品需求。
中研普华研究员洪前进分析认为,磷酸铁锂是储能电池的首选,在补贴持续退坡的趋势下,新能源专用车厂商更关注动力电池的性价比,磷酸铁锂电池凭借其较低的成本,越来越得到市场的青睐,其装机量占新能源专用车动力电池装机量的比重持续上升,同时磷酸铁锂电池还在基站储能、电力储能、两轮电动车、船舶等应用场景拓展版图。供给端的冬季盐湖提锂受阻,海外上游矿山部分关停,供给收缩叠加需求火爆共同推高了磷酸铁锂材料的价格。总的来说,磷酸铁锂行业需求大于供应,未来前景良好。
12月30日晚,长远锂科(688779)公告,全资子公司长远新能源拟投资建设年产6万吨磷酸铁锂正极材料项目,总投资约20.88亿元。
公告指出,该项目选址于长沙高新技术开发区内长远锂科车用锂电池正极材料扩产项目的二期车间。项目工艺技术设计为前驱体加锂盐混合后热处理、改性处理工艺路线。项目计划2022年1月开始建设,2023年4月投产。
长远锂科称,目前公司订单饱满,产线持续处于满产满销状态,公司积极推进产能扩张,有利于进一步丰富公司正极材料产能布局,深化与下游客户的战略合作,提升公司市场份额和行业地位。
记者注意到,今年以来,随着市场对磷酸铁锂电池的需求,已有多家企业加大对磷酸铁锂正极材料项目的投资。
日前龙蟠科技发布公告,宣布拟投资8亿元新建产能5万吨的磷酸铁锂正极材料项目。此外还有德方纳米、富临精工、湖南裕能等原有的磷酸铁锂企业,以及不少磷化工和钛白粉企业等跨界入局锂电赛道,加码磷酸铁锂正极材料项目。
据TrendForce集邦咨询不完全统计,2021年国内锂电池正极材料扩产项目超过50起,六成以上的项目与磷酸铁锂及前驱体磷酸铁材料有关。
此外该机构还指出,近两年以来国内厂商相继宣布扩产正极材料的产能规模总和在2025年将超过600万吨,达660万吨,其中磷酸铁锂材料产能占据了正极材料总规划产能的70%,达473万吨。若以电动汽车单车带电量为50kwh测算,473万吨磷酸铁锂材料大约可满足9460万辆电动汽车需求。
正极材料最终消费市场除了电动汽车,还包括了储能、消费电子等领域。单就电动汽车领域而言,预计至2025年全球动力锂电池对正极材料需求将突破215万吨,若加上储能、消费电子等领域,正极材料需求或将超过360万吨。
但TrendForce集邦咨询认为,在产业还未达到供需平衡时,正极材料行业将面临较为严重的产能过剩,虽然国内正极材料名义规划产能到2025年将超过600万吨,但大部分产能或将面临闲置或无货可出的局面,有效产能将不足五成,材料环节关键还得看实际出货量,没有上游原料的保障,空有产能也将于事无补。
据隆众资讯统计,目前磷酸铁锂对磷源的需求约53万吨/年,磷酸铁锂对磷源的需求仅占目前磷酸总产能的7.69%。未来5年磷酸铁锂产能全部投产释放后,预计对磷酸的年需求量将达379万吨,磷酸总产能预计将达600万吨/年,未来磷酸铁锂对磷源的需求预计将占磷酸总产能的56%,除去磷酸铁锂产能迅速爆发带来的产能过剩产能淘汰,预计磷酸铁锂对磷源的需求将占磷酸总产能的30%左右。
若折合为对磷矿石的需求量,需求占比将由目前的1%涨至10%以上。未来磷酸铁锂电池对磷源的需求将会不断加剧磷源的供应紧张程度,另一方面,磷产业链也将打开需求新局面。