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鋰離子電池諾獎(jiǎng)沒(méi)有我國(guó)人 但產(chǎn)業(yè)已被中日韓瓜分

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2023年06月09日  

盡管有關(guān)鋰離子電池的諾貝爾獎(jiǎng)與我國(guó)科學(xué)家無(wú)關(guān),但我國(guó)已經(jīng)實(shí)確實(shí)在成為全球鋰離子電池范疇的三大頭號(hào)玩家之一。


十月九日,2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)揭曉。獎(jiǎng)項(xiàng)授予了英國(guó)化學(xué)家斯坦利·惠廷厄姆(M.StanleyWhittingham)、美國(guó)化學(xué)家約翰·古德納夫(Johnb.Goodenough)以及日本化學(xué)家吉野彰(AkiraYoshino),以表彰他們?cè)阡囯x子電池發(fā)展上所做的貢獻(xiàn)。這也讓97歲的二戰(zhàn)老兵古德納夫成為史上最年長(zhǎng)的諾貝爾獎(jiǎng)得主。


如今,鋰離子電池已經(jīng)深入我們?nèi)粘I畹母鱾€(gè)角落。小到數(shù)以十億計(jì)的手機(jī)、筆記本電腦、穿戴設(shè)備等數(shù)碼產(chǎn)品,大到數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的電動(dòng)汽車、電動(dòng)自行車和儲(chǔ)能設(shè)施,鋰離子電池的發(fā)明和產(chǎn)業(yè)化筆直加速了全人類信息技術(shù)和新能源技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程。


利用鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動(dòng),鋰離子電池可以實(shí)現(xiàn)反復(fù)充電放電的操作。由于鋰元素的自身特性(摩爾質(zhì)量小、氧化還原電位低),其輸出電壓和能量密度比其他電池更高。在獲得安全穩(wěn)定的工作性能后,鋰離子電池迅速?gòu)脑囼?yàn)室走向全社會(huì)。


今朝的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈已形成龐大的規(guī)模效應(yīng),蘊(yùn)含上游的礦山(鎳鈷錳、鋰礦和石墨礦)和元器件(正負(fù)極材料、電解液、電極基材、隔膜等)、中游的電芯制造和封裝、下游的鋰離子電池使用(消費(fèi)范疇、動(dòng)力范疇)。依據(jù)我國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院《鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書(2019年)》(下稱《白皮書》),2018年全球鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)412億美元,同比上升18%;按容量計(jì)算,全球規(guī)模達(dá)到200GWh,同比上升25%。


從日本一家獨(dú)大,到中日韓三足鼎立,坐擁原料、市場(chǎng)、政策三大優(yōu)點(diǎn)的我國(guó)公司,一躍成為全球鋰離子電池行業(yè)的頭部玩家之一,與日韓的老牌鋰離子電池巨頭平分秋色。但是打江山易、坐江山難,依靠政策紅利起飛的我國(guó)鋰電公司,面對(duì)撲面而來(lái)的行業(yè)洗牌、補(bǔ)貼退坡、產(chǎn)量過(guò)剩和外資入局,該要怎么樣守成并開拓新的上升?


從試驗(yàn)室到市場(chǎng)


在鋰離子電池從無(wú)到有、從試驗(yàn)室到尋常百姓家的過(guò)程中,三位獲獎(jiǎng)科學(xué)家的工作成果起到了標(biāo)定航向的用途。


上世紀(jì)70年代,石油危機(jī)促使美國(guó)政府大力開發(fā)新能源和儲(chǔ)能技術(shù),以減小對(duì)石油進(jìn)口的過(guò)度依靠。供職于美國(guó)??松梨?ExxonMobil)石油公司的惠廷厄姆根據(jù)他在斯坦福大學(xué)的前期工作,以硫化鈦和金屬鋰為正、負(fù)極材料,制成世界上第一塊新型鋰離子電池。埃克森美孚公司于1976為該技術(shù)申請(qǐng)了發(fā)明專利,但易燃易爆炸的鋰離子電池并未讓這家公司從中獲益。


為處理鋰離子電池的穩(wěn)定性問(wèn)題,1980年,時(shí)任牛津大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)試驗(yàn)室主任的古德納夫率領(lǐng)項(xiàng)目組設(shè)計(jì)出以鈷酸鋰(LiCoO2)為正極材料的技術(shù)方法,極大地提升了鋰離子電池的綜合性能。但古德納夫在向牛津大學(xué)申請(qǐng)專利申報(bào)時(shí),被后者以使用前景渺茫而拒絕,最終以很低價(jià)格將該設(shè)計(jì)專利轉(zhuǎn)售給英國(guó)原子能科學(xué)研究中心。同樣,這項(xiàng)專利回報(bào)甚微,原由依舊是用作負(fù)極材料的金屬鋰性能不穩(wěn)定。


問(wèn)題的最終處理者是日本材料化學(xué)巨頭旭化成公司(AsahiKasei)的吉野彰。1983年,他采用碳材料代替金屬鋰作為鋰離子電池的負(fù)極,沿用古德納夫的鈷酸鋰正極,從根本上改善了鋰離子電池的能量密度和使用壽命,并且大幅降低了成本,成為第一個(gè)商業(yè)化鋰離子電池的設(shè)計(jì)原型。


至此,三位諾獎(jiǎng)得主的標(biāo)志性貢獻(xiàn)已全部到齊。借助消費(fèi)電子產(chǎn)品和新能源汽車兩個(gè)急速擴(kuò)張的市場(chǎng),鋰離子電池產(chǎn)業(yè)一路高歌猛進(jìn)。


1991年,索尼(SONY)公司率先公布了世界上第一塊商用鋰離子電池,并裝配在該公司新款的CCD-TR1攝像機(jī)中,一經(jīng)問(wèn)世便引發(fā)全球矚目,標(biāo)志著消費(fèi)電子產(chǎn)品的面貌從此改變。次年,旭化成和東芝成立合資公司,加工用于電子產(chǎn)品的鋰離子電池。著名的美國(guó)貝爾試驗(yàn)室也成功獲得聚合物鋰離子電池的專利,在正負(fù)極材料和工作原理不變的情況下,將電解液替換為凝膠狀,并發(fā)明了軟包狀的封裝形式,鋰離子電池的體積進(jìn)一步縮小。


進(jìn)入世紀(jì)之交,我國(guó)人的身影終于登上鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的舞臺(tái)。


利用貝爾試驗(yàn)室的專利授權(quán),1999年,東莞新科磁電廠工程總監(jiān)曾毓群辭職創(chuàng)業(yè),在香港成立新能源科技(ATL),通過(guò)改進(jìn)電解液配方處理了聚合物鋰離子電池的鼓包問(wèn)題,ATL的產(chǎn)品由此大賣,如今已占領(lǐng)全球聚合物鋰離子電池市場(chǎng)的一半份額。2005年,ATL被日本東電化公司(TDK)全資收購(gòu)。2011年,曾毓群與幾名合伙人將ATL的動(dòng)力鋰電池團(tuán)隊(duì)獨(dú)立經(jīng)營(yíng),這便是現(xiàn)已發(fā)展成為國(guó)內(nèi)鋰離子電池龍頭公司的寧德時(shí)代(300750.SZ)。


我國(guó)加入龍頭競(jìng)爭(zhēng)


經(jīng)過(guò)30年發(fā)展,全球的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)已從日本壟斷轉(zhuǎn)變?yōu)橹腥枕n三足鼎力的格局。從2015年開始,在我國(guó)大力發(fā)展新能源汽車的帶動(dòng)下,我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模開始迅猛上升,已經(jīng)超過(guò)韓國(guó)、日本,躍居至全球首位,并逐步拉大差距。


不過(guò),占據(jù)鋰離子電池行業(yè)頭幾把交椅的仍為老牌日韓公司?!栋灼穼⑷蜾囯x子電池市場(chǎng)概括為三大梯隊(duì):松下、LG化學(xué)和三星SDI是第一梯隊(duì),寧德時(shí)代、ATL、比亞迪(002594.SZ)、村田(原索尼)是第二梯隊(duì),其他多數(shù)公司為第三梯隊(duì)。依據(jù)韓國(guó)市場(chǎng)研究公司SNEResearch公布的2018年1-九月全球動(dòng)力鋰離子電池出貨數(shù)據(jù)顯示,排名第一的松下出貨量達(dá)到13.38GWh,寧德時(shí)代緊追其后。


日本松下集團(tuán)的動(dòng)力鋰電池產(chǎn)量及產(chǎn)量位居世界前列,其研發(fā)的CA21700電池是當(dāng)前市場(chǎng)上單體能量密度最大的動(dòng)力鋰電池,達(dá)到340Wh/kg。松下集團(tuán)早在九十年代就開始布局鋰離子電池消費(fèi)范疇市場(chǎng),為筆記本電腦供應(yīng)圓柱形電池;隨著2009年并購(gòu)三洋電機(jī)、2014年與特斯拉合作,松下的鋰離子電池業(yè)務(wù)規(guī)模不斷張大。財(cái)報(bào)顯示,2018財(cái)年,松下鋰離子電池業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)銷售收入5625億日元,同比上升14%,占集團(tuán)總銷售收入的7.0%。


韓國(guó)公司也不甘示弱。LG化學(xué)1999年正式進(jìn)入鋰離子電池范疇后,研發(fā)出鋁塑復(fù)合膜軟包材料和疊片式軟包設(shè)計(jì),成為軟包鋰離子電池龍頭公司;除小型電池外,近兩年LG化學(xué)的動(dòng)力鋰電池發(fā)展十分迅猛。2018年LG化學(xué)的鋰離子電池業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)銷售收入65200億韓元,同比上升43%,占LG化學(xué)總銷售收入的23%。而三星SDI于1998年進(jìn)軍鋰離子電池產(chǎn)業(yè),依托其數(shù)碼終端產(chǎn)品范疇的市場(chǎng)和技術(shù)優(yōu)點(diǎn),SDI的小型鋰離子電池產(chǎn)量迅速躍居全球首位;在動(dòng)力鋰電池方面,SDI是寶馬(bMW)的官方戰(zhàn)略合作伙伴。2018年,SDI鋰離子電池業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)銷售收入69542億韓元,同比上升61%,占SDI總銷售收入的75.8%。


在我國(guó),亮眼的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)上升數(shù)字得益于新能源汽車的強(qiáng)勢(shì)拉動(dòng)。2018年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)量達(dá)到127萬(wàn)輛,同比上升59.9%,呈加速上升態(tài)勢(shì)。在這樣的市場(chǎng)行情面前,我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量持續(xù)保持高速上升。國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示,2018年全年,我國(guó)鋰離子電池累計(jì)產(chǎn)量達(dá)139.9億個(gè),再創(chuàng)下歷史新高,同比上升25.9%;按容量計(jì)算,2018年我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)量124.2GWh,同比上升23.1%;產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到1727億元,同比上升9%。


在國(guó)家政策的重點(diǎn)扶持下,鋰離子電池的關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵材料和產(chǎn)品研究等均取得沖破。雖然小容量功率型動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)和產(chǎn)品與國(guó)外相比仍有一定差距,但大容量動(dòng)力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。


萬(wàn)德(wind)數(shù)據(jù)顯示,目前國(guó)內(nèi)的我國(guó)鋰離子電池公司為92家,較2016年的新能源汽車政策風(fēng)口期減少近一半,較2017年減少近三分之一,行業(yè)格局正在急劇洗牌。通過(guò)2018年我國(guó)鋰離子電池行業(yè)裝機(jī)量數(shù)據(jù)可以直觀地看到寡頭化的趨勢(shì):寧德時(shí)代占比41.19%,裝機(jī)量達(dá)到23.43GWh,同比上升123%;比亞迪占比20.09%,裝機(jī)量達(dá)到11.43GWh,同比上升102.43%;國(guó)軒高科占比5.4%,裝機(jī)量為3.07GWh。資源顯著向行業(yè)兩大巨頭——寧德時(shí)代和比亞迪聚集。


成立于2011年的寧德時(shí)代,依托早些年在ATL的技術(shù)儲(chǔ)備優(yōu)點(diǎn),建立起動(dòng)力和儲(chǔ)能電池范疇完整的研發(fā)和制造體系。截至2018年十二月三十一日,寧德時(shí)代及其子公司共擁有1618項(xiàng)我國(guó)專利及38項(xiàng)境外專利,正在申請(qǐng)的國(guó)內(nèi)和境外專利合計(jì)2110項(xiàng)。財(cái)報(bào)顯示,2018年寧德時(shí)代動(dòng)力鋰電池業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)銷售收入245.2億元,同比上升47.2%,占總銷售收入的82.8%;實(shí)現(xiàn)營(yíng)業(yè)利潤(rùn)83.6億元,凈利率達(dá)34.1%。


而國(guó)內(nèi)的另一家龍頭公司比亞迪,成立于1995年,最早以手機(jī)電池業(yè)務(wù)起家,是我國(guó)最早進(jìn)入鋰離子電池范疇的公司之一,目前已經(jīng)形成汽車(含新能源汽車)、手機(jī)部件及組裝業(yè)務(wù)、二次充電電池及光伏業(yè)務(wù)三個(gè)業(yè)務(wù)板塊。財(cái)報(bào)顯示,2018年比亞迪鋰離子電池業(yè)務(wù)收入約為227.7億元,同比上升超過(guò)50%,占全年?duì)I業(yè)收入的17.5%。


針對(duì)目前國(guó)內(nèi)的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)格局,《白皮書》也概括為三個(gè)梯隊(duì):第一梯隊(duì)為寧德時(shí)代和比亞迪兩巨頭,2018年?duì)I收雙雙破200億元,與后面公司的差距進(jìn)一步拉大;第二梯隊(duì)為天津力神和國(guó)軒高科,2018年?duì)I收在50億元左右;第三梯隊(duì)包括后面所有的公司,營(yíng)收不超過(guò)30-40億元。


不過(guò),值得留意的是,盡管在凈利潤(rùn)方面寧德時(shí)代能夠保持每年高速上升,但四家頭部公司的銷售毛利率在卻在2017年均呈現(xiàn)下降,重要原由在于我國(guó)政府對(duì)新能源汽車的補(bǔ)貼正以每年30%的速度在退坡,鋰離子電池公司的利潤(rùn)空間被壓縮。由此可見(jiàn),即便是龍頭公司,對(duì)政策補(bǔ)貼的依靠仍舊很大。


2018年初,財(cái)政部、科技部、工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委聯(lián)合印發(fā)了《有關(guān)調(diào)整完善新能源汽車推廣使用財(cái)政補(bǔ)貼政策的通知》(財(cái)建〔2018〕18號(hào)),將我國(guó)新能源汽車補(bǔ)貼政策的技術(shù)門檻進(jìn)一步提高,對(duì)電池能量密度提出更高要求。這將意味著,我國(guó)鋰離子電池行業(yè)內(nèi)絕大多數(shù)規(guī)模小、技術(shù)條件低的公司,將因拿不到更多的補(bǔ)貼而逐步被淘汰。


目前,隨著國(guó)內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)聚集度進(jìn)一步提升,龍頭公司的市場(chǎng)份額將會(huì)不斷鞏固。但隨著外資準(zhǔn)入政策的松綁(動(dòng)力鋰電池投資股比限制取消),我國(guó)繼續(xù)旺盛的新能源汽車需求必將吸引松下、LG化學(xué)、三星SDI這些國(guó)際老牌玩家入局并張大產(chǎn)量,產(chǎn)業(yè)洗牌還將持續(xù)。(李斯洋|文作者為《財(cái)經(jīng)》記者)


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