鉛下游主要為鉛酸蓄電池,基本決定了鉛的整體需求,而鉛酸蓄電池根據(jù)具體用途可分為起動(dòng)電池、動(dòng)力電池、備用電源及儲能電池四類。其中,起動(dòng)電池是鉛酸蓄電池最主要的用途。本篇我們主要從汽車摩托車起動(dòng)電池、電動(dòng)車動(dòng)力電池、儲能電池、5G通信電源四大領(lǐng)域分析鉛酸蓄電池的未來發(fā)展前景。
一、汽車、摩托車起動(dòng)電池領(lǐng)域
近年來,雖然鋰離子電池廣泛應(yīng)用于新能源車領(lǐng)域,但目前鉛酸電池在汽車及摩托車起動(dòng)領(lǐng)域仍然是近乎無可取代的存在,因?yàn)殇囯x子電池的發(fā)展還無法完全達(dá)到起動(dòng)電池的使用環(huán)境的要求,其中主要原因有以下幾點(diǎn):
1、關(guān)于成本要求:鉛酸電池成本要比鋰電池低一半,同時(shí)更換鋰電池需要對充電用電系統(tǒng)進(jìn)行更改,導(dǎo)致成本較高;
2、關(guān)于低溫大電流性能要求:起動(dòng)電池要求在-40℃下能夠正常起動(dòng)車輛,而鋰離子電池(磷酸鐵鋰)低溫大電流性能很差,很難滿足我國西北和東北地區(qū)冬季使用要求;
3、關(guān)于安全性要求:起動(dòng)電池一般位于機(jī)倉的發(fā)動(dòng)機(jī)附近,處于高溫且密閉的空間,而鋰電池受撞擊后易燃易爆且會(huì)分解揮發(fā)有毒氣體。
因此,起動(dòng)領(lǐng)域作為鉛酸電池的固有領(lǐng)域,目前相對于鋰離子電池具有無可比擬的優(yōu)勢。根據(jù)中國產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù),鉛蓄電池在我國汽車起動(dòng)啟停電池領(lǐng)域的使用率約已達(dá)90%,占有絕對市場優(yōu)勢,僅有小部分高端電動(dòng)車型采用了12V 鋰電池。
從目前全球汽車保有量來看,近年來該數(shù)據(jù)保持穩(wěn)定增長,據(jù)市場數(shù)據(jù)分析機(jī)構(gòu)Hedges& Company的估算2022年達(dá)14.46億,2023年有望突破15億輛。而中國作為推動(dòng)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的中樞力量,在2022年汽車保有量已達(dá)3億輛,且每年汽車產(chǎn)量穩(wěn)定在2400萬輛以上,因此起動(dòng)市場,尤其是起停電池市場,仍有著廣闊的發(fā)展前景。另外,受節(jié)能減排政策影響,未來新車啟停系統(tǒng)搭載率有望進(jìn)一步提升。根據(jù)國際市場研究機(jī)構(gòu)Future Market Insights 預(yù)測,全球啟停電池市場規(guī)模在 2022 年預(yù)計(jì)為70.58億美元,到2032年將增長到273.36億美元,年復(fù)合增長率達(dá)14.5%。
二、電動(dòng)車動(dòng)力電池領(lǐng)域
常規(guī)的電動(dòng)車的動(dòng)力電池主要依靠的是已經(jīng)有上百年歷史的鉛酸電池,雖然近年來出現(xiàn)了鋰電池,但是因?yàn)樗陌嘿F和存在著一些問題,所以在兩輪電動(dòng)車中,仍然以鉛酸電池為主。但是,隨著電動(dòng)車的發(fā)展,另一個(gè)新型的電池——鈉基電池技術(shù)有了重大突破,給鉛酸電池帶來了不小的沖擊。
從目前來看,輕型電動(dòng)車電池主要面臨性價(jià)比選擇難,安全事故頻發(fā),續(xù)航短、不耐用,以及充電難等痛點(diǎn)。鉛酸電池仍是目前兩輪車市場占有率最高的電池。其具有價(jià)格便宜、安全可靠的優(yōu)勢特點(diǎn)。鉛酸電池成本大約在0.40元/Wh,如果算上回收殘值其成本僅為0.25-0.3元/Wh。但新國標(biāo)重量限制對鉛酸電池影響較大,40Wh/kg左右的比能量無法滿足用戶日益增大的通行半徑的需求。同時(shí)循環(huán)壽命短和無法實(shí)現(xiàn)1C以上快充,也是鉛酸電池需要突破的難點(diǎn)。而受新國標(biāo)、產(chǎn)品升級等原因影響,鋰電池在電動(dòng)自行車上的應(yīng)用占比逐年提升,電動(dòng)自行車用鋰離子電池市場滲透率從2018年的10%提高至2021年的15%左右。但鋰資源的全球儲量有限,隨著新能源汽車的發(fā)展對電池的需求大幅上升,資源端的瓶頸逐漸顯現(xiàn)。受碳酸鋰價(jià)格大幅上漲影響,2022年鋰電車實(shí)際銷售量也遠(yuǎn)低于此前業(yè)界預(yù)期的27%占比。
步入2023年,繼鋰離子電池后,鈉離子電池快速發(fā)展,開啟了其產(chǎn)業(yè)化元年,大有搶占市場的趨勢。
鈉離子電池是什么?
鈉電池和鋰電池、鉛酸電池相比,是一種新型的電池,但卻是近十年來才被人注意到的,其工作原理和鋰電池差不多,都是由兩種含鈉的化合物構(gòu)成。通過下表的對比可以看出,鈉離子電池在原料成本、低溫下的容量保持率、耐過放電性能優(yōu)于磷酸鐵鋰電池,并且其各方面性能超越鉛酸電池,未來有很大可能將在電動(dòng)兩輪車領(lǐng)域替代鉛酸電池、在A00級別電動(dòng)車以及儲能領(lǐng)域替代磷酸鐵鋰電池。受新國標(biāo)及消費(fèi)升級影響,預(yù)計(jì)到2025年輕型電動(dòng)車電池規(guī)模將達(dá)到32.6GWh。其中兩輪電動(dòng)車電池市場將會(huì)受鈉電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)影響,鈉電池市場占有率會(huì)迅速增加,預(yù)計(jì)在2025年,鈉電將進(jìn)入相對成熟發(fā)展期,屆時(shí)鉛酸、鋰電和鈉電占有率大約為50%,15%和35%。
目前兩輪電動(dòng)車用鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也正在快速推進(jìn),各大企業(yè)均有相關(guān)布局動(dòng)作。而對于輕型電動(dòng)汽車來說,鈉離子電池也有望通過其技術(shù)擴(kuò)展達(dá)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用需求。寧德時(shí)代研究院表示,鈉離子電池普遍可以滿足續(xù)航400公里以下的車型需求,且通過其首創(chuàng)的AB電池系統(tǒng)集成技術(shù),可實(shí)現(xiàn)鈉鋰混搭,優(yōu)勢互補(bǔ),提高電池系統(tǒng)的能量密度,使鈉離子電池應(yīng)用有望擴(kuò)展到500公里續(xù)航車型,覆蓋65%的新能源車市場。這對鋰電池來說也是不小的沖擊。
據(jù)上海證券報(bào)報(bào)道,目前,鈉電池產(chǎn)業(yè)鏈已有企業(yè)超150家。高工產(chǎn)研認(rèn)為,近半鈉離子電池企業(yè)即將量產(chǎn),今年鈉電池產(chǎn)業(yè)將跨過“GW級出貨”這一門檻,達(dá)到3GWh至5GWh的規(guī)模,而去年出貨量僅0.2GWh左右。高工產(chǎn)研預(yù)計(jì),2023年至2025年,鈉離子電池企業(yè)有效產(chǎn)能有望分別達(dá)到19GWh、25GWh、60GWh;出貨量方面,2025年將躍升至20GWh左右,2030年達(dá)到200GWh以上。
三、儲能電池領(lǐng)域
近年來,我國儲能產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期。據(jù)CNESA全球儲能項(xiàng)目庫的不完全統(tǒng)計(jì),截至2022年底,中國已投運(yùn)電力儲能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模59.8GW,占全球市場總規(guī)模的25%,年增長率38%。其中新型儲能繼續(xù)高速發(fā)展,2022年累計(jì)裝機(jī)規(guī)模首次突破10GW,達(dá)到13.1GW/27.1GWh,功率規(guī)模年增長率達(dá)128%,能量規(guī)模年增長率達(dá)141%。由圖3所示2022年度國內(nèi)已投運(yùn)儲能項(xiàng)目結(jié)構(gòu)情況可以看出,新型儲能中,鋰離子電池占據(jù)絕對主導(dǎo)地位,比重達(dá)97%,這得益于鋰離子電池具有成本持續(xù)下降,能量密度高,壽命長,無記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。鉛蓄電池僅占3.1%,鉛酸電池對比鋰離子電池來說,主要優(yōu)勢還是在于價(jià)格和安全性能。雖然隨著科技的進(jìn)步,鉛酸電池(鉛炭)對鋰電池的價(jià)格優(yōu)勢不如以前明顯,但基于其高度安全性等自身的優(yōu)勢,在某些國內(nèi)、外的微電網(wǎng)項(xiàng)目中,鉛酸電池的市場還很大。從環(huán)境適應(yīng)性、成本等綜合角度來看,其比鋰電池要更具有競爭力。
此外,壓縮空氣儲能、液流電池、鈉離子電池、飛輪等其它技術(shù)路線的項(xiàng)目,在規(guī)模上有所突破,應(yīng)用模式逐漸增多。著眼于未來,鉛酸電池要在儲能行業(yè)繼續(xù)發(fā)展,還需要針對使用場合的特點(diǎn),加大科研開發(fā),在降低成本、增加壽命及 PSOC 性能方面更進(jìn)一步。
四、5G通信電源領(lǐng)域
由于國家政策導(dǎo)向,例如新國標(biāo)引發(fā)電池“輕量化”,在我國5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的加速推進(jìn)中,鉛酸蓄電池逐漸被鋰電池替代,鉛蓄電池在通信領(lǐng)域的需求逐步下降。
2016 年,鋰電池還僅占通信基站用蓄電池的20 %,但從2018 年起,依照國家政策導(dǎo)向,鐵塔公司開始全面停止采購鉛酸電池,轉(zhuǎn)而統(tǒng)一采購梯次利用鋰電池。
公開資料顯示,2022年,新建及改造的5G基站磷酸鐵鋰需求量約10.7GWh,同比增長17.4%,占通信基站用儲能電池的比例已經(jīng)超過60%,未來磷酸鐵鋰電池市場需求仍將持續(xù)增加,鉛蓄電池需求量將繼續(xù)下降。一般國內(nèi)通信基站電池的使用壽命為5年,按照一個(gè)基站配備2組48V400Ah鉛酸蓄電池計(jì)算,每個(gè)基站的需求為38.4Kvah。
因此,根據(jù)前瞻研究院測算,我國通信領(lǐng)域新增基站用鉛酸蓄電池需求規(guī)模將逐年下降。但現(xiàn)有鉛酸蓄電池還沒有全部退役,磷酸鐵鋰電池想要全部替換鉛酸蓄電池至少還需5-8年時(shí)間。
整體來看,除了起動(dòng)電池領(lǐng)域,鉛酸蓄電池在其他各領(lǐng)域均面臨著被替代的風(fēng)險(xiǎn),未來需求前景堪憂。為了有效應(yīng)對鋰電池、鈉電池等新型能源的競爭,鉛酸電池急需在輕量化、長壽命、低成本、快充及PSOC 性能方面有所技術(shù)革命。例如:打破常規(guī)理念,采用泡沫等新型材料將板柵和活性物質(zhì)融合在一起,板柵即是活性物質(zhì)、活性物質(zhì)即是板柵,不區(qū)分明顯的邊界;同時(shí)引入先進(jìn)的 BMS 系統(tǒng),從而有效地統(tǒng)一輕量化與壽命等其它性能之間的矛盾,提升鉛酸電池的競爭能力。未來鉛酸電池新技術(shù)必須借鑒其它學(xué)科如材料科學(xué)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)及先進(jìn)理念,將其引為己用,才能在未來日益激烈的競爭中有一席之地。