電池需求預測,按行業劃分
隨著電動汽車銷量大幅上升和儲能電池需求大幅增長,睿咨得能源(Rystad Energy)預計到2030年全球電池需求量可能會接近8.7太瓦時(TWh)。電池循環壽命通常指的是電池容量降至原始容量的80%所需要的時間,這意味著電池的續航里程也下降到了80%。電動汽車電池的設計循環壽命通常與汽車的總體預期壽命 (大約15年)相同,屆時報廢的汽車電池可以被重新用于電網儲能。因此,這些電動汽車電池最終被用于儲能還需要15年的時間。然而,可以合理地假設,未來電網儲能電池需求的很大一部分將通過使用改裝的電動汽車電池來滿足。將這兩種電池需求結合起來意味著,未來這兩個行業將需要大約20太瓦時的新電池。根據睿咨得能源(Rystad Energy)的中期預測,預計到2030年全球電池需求量將接近8.7太瓦時。乘用車將占大部分需求,其次是儲能、商用車和航運。
圖1:在不受限制的情景下,全球每年電池需求量預測,按行業劃分
電池需求預測,按電池化學成分
劃分隨著汽車制造商宣布將部分入門車型改用磷酸鐵鋰(LFP)電池,近幾個月這種電池的發展勢頭有所增強。這促使眾多電池生產商開始生產LFP電池,對中國現有的市場領導者寧德時代和比亞迪構成了挑戰。因此,今年第二季度,中國的LFP電池產量首次超過了鎳錳鈷(NMC)電池產量。在之前的評論中,我們已經分析了不同的化學電池和各行業的化學電池需求前景。現在我們來深入研究LFP電池,睿咨得能源(Rystad Energy)預計,到2030年LFP電池將占電池需求的一半。
LFP電池一直被認為是一種過時的技術,因為它的能量密度比高鎳電池低得多,而且由于其堅固的二維晶體結構限制了鋰離子來回嵌入和脫嵌,導電性也較低。但最近的技術創新,如LFP顆粒的碳涂層和鎂摻雜,已將電池的能量密度大幅提高至166瓦時/千克(見圖1)。LFP顆粒的粒徑縮小(與NCA顆粒相比,縮小到大約1/100)也提供了一個突破,這增加了表面積,從而增加了導電性。
LFP電池的另一個好處是,由于LFP晶體結構穩固,熱失控的風險較低。鎳鈷鋁(NCA)電池溫度在150攝氏度時就會起火,而LFP電池要到270攝氏度才會開始冒煙,從而降低了車輛召回和死亡的風險。即使在爆炸的情況下,LFP電池起火的風險也很低,這大大降低了乘客的風險。中國新的《電動汽車安全要求》等安全標準的收緊,進一步支持越來越多地電動汽車使用LFP電池。
電池制造商不斷創新,在電池包層級提高LFP電池單體能量密度,并減少其他限制。例如,比亞迪的新刀片電池可進一步提升電池包的能量密度,因為直接將電池單體安裝在電池包內(即從單體到電池包),而不是先拼裝模組,然后再安裝到電池包。這將減輕重量并騰出空間,可以用來容納更多單體。比亞迪稱,從單體到電池包系統將使LFP電池的電池包體積能量密度提高50%,同時由于省去模組而降低成本。據中國的汽車行業新聞網站蓋世汽車資訊報道,比亞迪的刀片電池生產成本低至55歐元/千瓦時。同時,特斯拉也將采用從單體到電池包方案組裝其全新4680電池單體。
電池制造商和電動汽車制造商最近的聲明都清楚地表明,LFP電池在短期內仍將占主導地位。循環壽命長、原材料資源豐富、火災風險低,充分充電能力和專利即將到期是支持LFP電池的關鍵因素。持續創新將進一步縮小與鎳基技術之間的能量密度差距。
圖2:全球鋰離子電池需求量,按化學成分劃分
每月話題
面對需求不斷增長,電池制造商努力平衡技術轉移
面對需求不斷增長,電池制造商努力平衡技術轉移。鎳錳鈷(NMC)電池因能量密度高目前在快速擴張的電動汽車市場領先。這些電池的新版鎳含量高,從而提升了電池的能量密度。它們的鈷含量也較低,鈷涉及在危險條件下開采,而且高度依賴少數幾個礦山,這些礦山大多位于剛果民主共和國。
然而,在較高的溫度下,這些三元鋰電池容易自放電。這可能會引發電池溫度急劇升高,也就是“熱失控”,可能會把電池變成火災隱患。軟包電池尤其如此,它是鋰電池三種封裝形式之一。
然而, LFP電池技術正在逐漸趕上,越來越多的乘用車采用這種電池,尤其是在中國。在過去三年,由于技術創新,如國內制造商比亞迪的刀片電池以及特斯拉的支持,中國電動汽車市場的LFP電池裝機量大幅增長。根據中國汽車工業協會的數據,今年前8個月,中國LFP電池產量累計58.1 GWh,超過了三元電池。
圖3:2019年、2020年和2021年前8個月中國NMC和LFP電池產量
電池化學成分的趨勢是提升能量密度和降低成本
最近幾個月,幾家電動汽車和電池制造商均宣布,他們將逐步淘汰鈷含量高的化學電池,這將使LFP電池技術復蘇,因為它不含成本高的鈷或鎳。
改進電池的化學成分未來將縮小LFP電池和競爭對手NMC電池技術之間的能量密度差距。
到目前為止,只有幾種電動汽車車型仍在使用低鎳NMC電池,大多數電動車使用鎳含量在50%-60%之間的中鎳NMC電池。
未來,高鎳NMC電池以及中鎳和高鎳無鈷電池(鎳含量70%及以上)將越來越多地用于高端車型,以進一步提高續航里程。
盡管是一項老技術,但鐵基電池LFP正越來越受歡迎。大眾、特斯拉和福特等汽車制造商都表示,未來它們的入門車型將改用LFP電池。到2030年,預計約26%的電動汽車將使用LFP電池。
圖4:2020年全球各地區幾種常見化學電池市場份額
鎳供應緊張可能會沖擊NMC和NCA電池
鎳礦主要分為硫化鎳和紅土鎳兩種。如果按含鎳量來分,又分為鎳含量超過99%的一級鎳和鎳含量低于99%二級鎳。大約70%的一級鎳來自儲量較低的硫化鎳礦,其余一級鎳是采用高壓酸浸工藝(HPAL)從褐鐵礦型紅土鎳礦中提取出來。
電池制造商需要使用高純度鎳作為原料,即只使用一級鎳。二級鎳由于鐵含量較高,不適合用于生產電池,而是用于其他行業,如生產不銹鋼。這意味著全球只有不到一半的鎳供應量適合用于電池正極材料生產。
與鋰等用于生產正極的其他主要電池原材料不同,電池市場在短期內并不是鎳的主要終端用戶。據我們估計,不銹鋼行業目前占全球鎳需求量的70%以上,而2020年電池市場占全球鎳金屬需求的不到10%。
睿咨得能源(Rystad Energy)預計,不銹鋼行業對鎳金屬的需求將以每年約5%的速度增長,而電池用鎳需求將呈現爆炸式增長。在不受供應限制的情景下,到2030年電池可能需要超過100萬噸鎳金屬。
圖5:電池等行業鎳需求占比預測%
在不受供應限制的情景下,到2030年電池可能需要超過100萬噸鎳金屬,而去年全球鎳金屬供應量約為230萬噸。電池市場需求激增將在不到十年的時間里給鎳供應鏈帶來巨大壓力。
電池行業的另一個擔憂是硫化鎳礦儲量稀少,預計這將導致一級鎳供應短缺。大多數一級鎳礦位于俄羅斯、加拿大和澳大利亞。硫化鎳礦新發現非常少,在過去十年里,全球只發現了一個重大硫化鎳礦,位于澳大利亞。
睿咨得能源(Rystad Energy)預計,硫化鎳的供應不會增長太快,不足以避免全球鎳供應短缺,因為較老的硫化鎳礦關停速度比新礦的發現速度要快。鎳價上漲可能會讓之前不具經濟效益的項目變得可行,如加拿大的Dumont項目,也可能刺激鎳礦商增加電池鎳勘探支出。然而,開發任何新的供應來源都需要數年時間,無法解決短期供應問題。
圖6:硫化鎳礦和紅土鎳礦儲量最多的幾個國家鎳供應預測千噸
市場價格
供應緊張支撐了鋰礦石和電池原材料價格
睿咨得能源的月度價格指數顯示,2021年10月中國鋰輝石到岸價攀升至1080美元/噸,同比上漲181%,主要由市場因素推動,如頭部企業收購鋰礦和鋰輝石精礦線上拍賣價格創新高。
由于電動汽車在中國和歐洲廣泛推廣,鋰被列為核心電池原材料,在本十年后半期可能會出現短缺,這促使許多電池制造商考慮在上游鋰行業投資,主要為了獲得鋰輝石和鹵水資源。
睿咨得能源的月度價格指數顯示,10月初,中國碳酸鋰進口價格約為19美元左右/千克,較2021年9月上漲了30%,與2020年10月相比上漲了171%。本月初,電池級氫氧化鋰中日韓到岸價大約21美元/千克,較上月上漲24%,較上年同期上漲133%。
原料價格上漲支撐下游原料價格。由于鋰輝石價格上漲和中國拉閘限電,自2021年9月中旬以來,用于生產電池正極的碳酸鋰和氫氧化鋰價格一直在上漲。
圖7:鋰原料價格展望,到2022年10月
限電致鈷材料產量下滑、價格上漲
中國拉閘限電限制了鈷材料產量,導致價格上漲。限電已導致中國(主要在江蘇省)一些鈷冶煉廠和鈷生產商產量下降,金屬鈷價格因此上漲。
2021年10月,中國電解鈷出廠價格為38.5萬元/噸,較上月上漲6.4%。
由于交易更加活躍,歐洲鈷價也有所上漲。2021年10月,化工級金屬鈷鹿特丹交貨價約為25.80美元/磅(見圖3),較上月上漲5.7%。
睿咨得能源(Rystad Energy)預計中國的金屬鈷生產商10月將保持低開工率,產量主要用于完成之前的訂單。由于全球市場供應緊張,預計中國和歐洲的鈷價格將繼續上漲。
圖8:睿咨得能源(Rystad Energy)對鈷原料價格的展望,到2022年10月
鎳含量提高使硫酸鎳需求增加、價格上漲
由于動力電池行業對硫酸鎳需求增加,睿咨得能源的價格指數顯示,10月中國電池級硫酸鎳的出廠價格為3.8萬元/噸,較上月上漲0.8%。
近年來,電池生產商已將鎳鈷錳(NCM)和鎳鈷鋁(NCA)電池中的鎳含量提高至高達90%,目的是降低鈷含量,以降低原料成本。
睿咨得能源預計,到2030年,高鎳電池將占據最大的市場份額,略高于高鐵電池,而其他解決方案將遠遠落后于這兩種電池類型。但鎳供應短缺可能會影響這一預測,因為動力電池行業可能不得不與鋼鐵等其他行業爭奪鎳供應。
同時鎳礦開采商沒有找到足夠的電池生產所需質量的新鎳儲量,因此,汽車制造商和電池生產商可能不得不尋求替代電池化學物質來滿足需求。
圖9:鎳原料價格展望,到2022年10月美元/噸
Rystad Energy是一家專注于能源行業的商業咨詢公司,為全球與能源行業相關的客戶提供數據、分析工具、研究報告和咨詢服務。公司成立于2004年,總部在挪威奧斯陸,目前在全球設有30多個分公司及辦公室。在中國設立有兩個分公司,分別在北京和上海。Rystad Energy官方中文名--睿咨得能源。
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