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我国磷酸铁锂行业产业链分析:下游需求量大 动力电池领域是最主要细分市场

磷酸铁锂是一种锂离子电池电极材料,化学式为LiFePO4(简称LFP),主要用于各种锂离子电池。

磷酸铁锂呈现橄榄石结构,作为电池的正极材料,涂覆在铝箔与电池正极连接。磷酸铁锂(LiFePO4)电池在充电时,锂离子(Li+)从正极脱嵌经过电解质进入负极,同时电子(e-)从外电路由正极向负极移动,以保证正负极的电荷平衡;而放电时,锂离子(Li+)从负极脱嵌,经过电解质嵌入正极。

磷酸铁锂的容量偏低(~170mAh/g),对锂电压低,这使得铁锂电池单体的“理想质量能量密度”相比于高镍三元电池有约25%以上差距。安全性、寿命、成本是磷酸铁锂的主要优势。

磷酸铁锂的性能由其元素组成和晶体结构决定:磷酸铁锂的橄榄石结构具备聚阴离子框架,结构基元是 LiO 6八面体(锂在体心)、FeO 6 八面体(铁在体心)和 PO 4 四面体(磷在体心)。磷酸根中强的P-O共价键在电池完全充电的状态下可以稳定氧原子,避免其被氧化释氧。所以该结构使得磷酸铁锂具有很高的安全性和循环寿命。同时,磷酸铁锂的锂离子只拥有一维扩散通道,和层状材料(钴酸锂、三元)的锂离子二位扩散通道相比,离子电导较低,电子电导也较低。

磷酸铁锂产品特点

性能

特点

晶体结构

橄榄石状

正极比容量(mAh/g

140-160

能量密度(Wh/kg

120

压实密度(g/cm3

2.2

电压平台(V

3.2-3.7

理论容量(Ah/g

170

库伦效率

95%-97%

循环寿命(次)

3500

环保性能

无毒

安全性能

700

低温性能

55%

稳定性能

应用领域

中低端乘用车、商用车

原料资源情况

磷、铁资源丰富

资料来源:观研天下数据中心整理

根据观研报告网发布的《中国磷酸铁锂行业现状深度分析与发展前景研究报告(2022-2029年)》显示,磷酸铁锂其上游主要为锂源、铁源、磷源等原材料,下游用作制备锂离子电池,锂离子电池主要应用领域可分为动力电池和非动力电池两大类。其中,在动力电池领域,磷酸铁锂主要作为各种型号的纯电动、插电混动新能源车动力系统正极材料应用;在非动力电池领域,主要应用在5G基站的储能、新能源发电端储能以及轻型动力的铅酸市场替代等方面。

磷酸铁锂其上游主要为锂源、铁源、磷源等原材料,下游用作制备锂离子电池,锂离子电池主要应用领域可分为动力电池和非动力电池两大类。其中,在动力电池领域,磷酸铁锂主要作为各种型号的纯电动、插电混动新能源车动力系统正极材料应用;在非动力电池领域,主要应用在5G基站的储能、新能源发电端储能以及轻型动力的铅酸市场替代等方面。

数据来源:观研天下数据中心整理

一、上游产业

磷酸铁锂的主要原材料包括锂源、铁源、磷源等,部分原材料价格需要上游通过上游矿产开采再加工,最终加工成磷酸铁锂。产品加工流程长,信息传递较快。另外,上游产品属于矿产和化工等大宗商品受供需因素影响大,且都属于周期性行业,如果主要原材料价格出现大幅波动,将直接导致磷酸铁锂产品成本出现波动,并进而影响企业的盈利能力。

1、锂源

锂(Lithium)是一种金属元素,元素符号为Li,对应的单质为银白色质软金属,也是密度最小的金属。用于原子反应堆、制轻合金及电池等。锂电池拥有开路电压高,比能量高,工作温度范围宽,放电平衡,自放电子等优点,在新能源汽车动力电池和储能领域具有长期需求刚性和需求前景。

由于电极电势最负,锂是已知元素(包括放射性元素)中金属活动性最强的。在自然界中,主要以锂辉石、锂云母及磷铝石矿的形式存在。

就国内盐湖提锂现状而言,规模尚小,利用率不足。根据统计,2017-2020年青海盐湖提锂总产量已从2.1万吨增长至4.9万吨LCE。,行业平均产能利用率仅为52%(2019年数据),目前行业景气度居高位,企业研发投入增长,预计随着技术逐步成熟,盐湖提锂产能和利用率有望持续提高。

就锂资源整体需求结构而言,因其优秀的储能性质,在电池应用广泛,是目前应用最广泛的电池。根据数据显示,2021年全球74%的锂用于下游电池生产,2021以来,受益我国新能源汽车产销量大增,锂资源需求大增,供给持续偏紧,就现状而言,目前我国新能源汽车距离渗透率50%仍有较大差距,将推动锂资源需求持续增长。

就锂资源整体需求结构而言,因其优秀的储能性质,在电池应用广泛,是目前应用最广泛的电池。根据数据显示,2021年全球74%的锂用于下游电池生产,2021以来,受益我国新能源汽车产销量大增,锂资源需求大增,供给持续偏紧,就现状而言,目前我国新能源汽车距离渗透率50%仍有较大差距,将推动锂资源需求持续增长。

数据来源:观研天下数据中心整理

2、铁源

磷酸铁锂的铁源主要分为铁单质(铁块)、二价铁化合物(草酸亚铁、硫酸亚铁)以及三价铁化合物(氧化铁)。

单质铁:液相+硝酸法采用铁块作为原材料,成本较高。德方纳米的铁源分为自制和外购,自制硝酸铁采购铁块作为铁源,单价较高。

二价铁:原料主要是硫酸法钛白粉副产物,供应量较为充沛。草酸亚铁路线的铁源与磷酸铁路线类似,主要是硫酸亚铁。作为硫酸法钛白粉的主要副产物,硫酸亚铁的产量与钛白粉产量具有显著的正向关系。据百川盈孚统计,2021年中国钛白粉的产量达到379万吨,同比小幅增长8%,其中硫酸法钛白粉副产的硫酸亚铁产量约为千吨级。龙蟒佰利、中核钛白是国内硫酸法钛白粉两大龙头企业,依托自身副产物原料优势分别规划了10万吨和50万吨磷酸铁产能项目,预计2022年下半年分别投产一期5万吨和10万吨。

二价铁:原料主要是硫酸法钛白粉副产物,供应量较为充沛。草酸亚铁路线的铁源与磷酸铁路线类似,主要是硫酸亚铁。作为硫酸法钛白粉的主要副产物,硫酸亚铁的产量与钛白粉产量具有显著的正向关系。据百川盈孚统计,2021年中国钛白粉的产量达到379万吨,同比小幅增长8%,其中硫酸法钛白粉副产的硫酸亚铁产量约为千吨级。龙蟒佰利、中核钛白是国内硫酸法钛白粉两大龙头企业,依托自身副产物原料优势分别规划了10万吨和50万吨磷酸铁产能项目,预计2022年下半年分别投产一期5万吨和10万吨。

数据来源:观研天下数据中心整理

3、磷源

液相法多使用磷酸一铵为原料。固相法通常使用磷酸铁(湖南升华使用磷酸一铵),间接来自于磷酸或磷酸一铵。

磷化工是以磷矿石为原料,经过物理化学加工制得各种含磷制品的工业,产品主要包括磷肥、含磷农药、元素磷、磷酸、磷酸盐、有机磷化物等。

磷肥产业集中度较高。根据中国磷复肥工业协会数据,国内磷肥产量中44%是磷酸二铵,41%是磷酸一铵,为主要磷肥。而国内磷肥一梯队龙头企业为云天化和贵州磷化,2019年的市占率分别为17.2%和15.8%,远高于二梯队企业新洋丰、湖北宜化、湖北祥云等。根据卓创资讯数据,国内磷酸一铵一梯队龙头为湖北祥云、新洋丰,2020年市占率分别为11.5%和10.5%,磷酸二铵格局则更加集中,云天化、贵州开磷为一梯队龙头,2020年市占率分别为21.4%和18.7%。

国内磷酸一铵年产量在2000万吨级别,其中工业级磷酸一铵行业需求量达到百万吨级,据年报披露,龙头企业川发龙蟒2020年工业级磷酸一铵产量为36.48万吨,同比增长52.57%,系全球产销量最大的工业级磷酸一铵生产企业,出口量超过国内出口总量的50%。

随着环保监管日趋严格,热法磷酸企业的环保和成本压力不断提高,尤其是污染较重的小规模磷酸企业清洁化生产转型困难,率先停产或退出,致使磷酸有效产能呈下滑趋势。磷酸表观消费量基本保持稳定,处于175万吨的水平;2018年以后产量随有效产能略有下滑2020年我国磷酸产量为212万吨,其中38万吨出口。

随着环保监管日趋严格,热法磷酸企业的环保和成本压力不断提高,尤其是污染较重的小规模磷酸企业清洁化生产转型困难,率先停产或退出,致使磷酸有效产能呈下滑趋势。磷酸表观消费量基本保持稳定,处于175万吨的水平;2018年以后产量随有效产能略有下滑2020年我国磷酸产量为212万吨,其中38万吨出口。

数据来源:百川盈孚,观研天下数据中心整理

二、中游产业

1、市场规模

由于政策因素主导,我国磷酸铁锂行业市场规模在2017年-2019年处于下滑趋势,在2019年降至39.69亿元,而随着2020年新能源汽车补贴大幅度退坡,磷酸铁锂行业市场规模快速上升,至2021年达到346.93亿元。具体如下:

由于政策因素主导,我国磷酸铁锂行业市场规模在2017年-2019年处于下滑趋势,在2019年降至39.69亿元,而随着2020年新能源汽车补贴大幅度退坡,磷酸铁锂行业市场规模快速上升,至2021年达到346.93亿元。具体如下:

资料来源:观研天下数据中心整理

2、供应规模

2019年后,各电池企业陆续推出电池结构优化方案,如宁德时代推出CTP电池、比亚迪推出刀片电池、国轩高科推出JTM电池,通过优化模组结构从而达到提升能量密度的效果。在此背景下,更具性价比的磷酸铁锂电池重回大众视野,2020年下半年起,比亚迪汉、宏光MiniEV、铁锂版Model3等爆款车型陆续上市,带动磷酸铁锂电池在新能源乘用车中的渗透率不断提升。2021年,中国磷酸铁锂行业产量已达到42.18万吨。

2019年后,各电池企业陆续推出电池结构优化方案,如宁德时代推出CTP电池、比亚迪推出刀片电池、国轩高科推出JTM电池,通过优化模组结构从而达到提升能量密度的效果。在此背景下,更具性价比的磷酸铁锂电池重回大众视野,2020年下半年起,比亚迪汉、宏光MiniEV、铁锂版Model3等爆款车型陆续上市,带动磷酸铁锂电池在新能源乘用车中的渗透率不断提升。2021年,中国磷酸铁锂行业产量已达到42.18万吨。

资料来源:观研天下数据中心整理

3、需求规模

2017年-2019年,国补侧重电池能量密度考核。2017年起,国家首次将电池系统能量密度纳入考核标准,高能量密度、长续航里程成为新能源汽车企业获取补贴的重要考核指标,动力电池企业转向大力开发三元锂电池,磷酸铁锂市场份额大幅下滑。2019年-至今,国补大幅退坡,电池企业陆续推出电池结构优化方案,搭载铁锂电池的爆款车型陆续推出,2021年磷酸铁锂行业需求量已达到40.20万吨。

2017年-2019年,国补侧重电池能量密度考核。2017年起,国家首次将电池系统能量密度纳入考核标准,高能量密度、长续航里程成为新能源汽车企业获取补贴的重要考核指标,动力电池企业转向大力开发三元锂电池,磷酸铁锂市场份额大幅下滑。2019年-至今,国补大幅退坡,电池企业陆续推出电池结构优化方案,搭载铁锂电池的爆款车型陆续推出,2021年磷酸铁锂行业需求量已达到40.20万吨。

资料来源:观研天下数据中心整理

4、供需平衡分析

2019年以后,受国补退坡和技术进步影响,随着国家产业政策对新能源汽车发展政策支持力度不断加大以及受市场需求推动导致终端需求的不断增长,大量资本涌入磷酸铁锂行业,产能急剧扩张,低端正极材料投资规模已超过市场需求,出现低端产能过剩,高端产能紧张的结构性产能过剩局面。随着终端应用场景对材料安全性、能量密度等要求越来越高,磷酸铁锂行业出现结构性产能过剩。产销率在2021年降至95.31%,中国磷酸铁锂行业保持供需平衡局面。

2019年以后,受国补退坡和技术进步影响,随着国家产业政策对新能源汽车发展政策支持力度不断加大以及受市场需求推动导致终端需求的不断增长,大量资本涌入磷酸铁锂行业,产能急剧扩张,低端正极材料投资规模已超过市场需求,出现低端产能过剩,高端产能紧张的结构性产能过剩局面。随着终端应用场景对材料安全性、能量密度等要求越来越高,磷酸铁锂行业出现结构性产能过剩。产销率在2021年降至95.31%,中国磷酸铁锂行业保持供需平衡局面。

资料来源:观研天下数据中心整理

3、市场竞争

目前我国缺乏核心竞争力的中小企业逐渐退出市场,而一些磷酸铁锂制造商凭借着前驱体核心制备技术占据着市场主要份额,市场竞争加剧且集中度不断上升。从生产企业来看,德方纳米凭借稳定的客户渠道和产能优势,全年产量继续领跑;国轩高科在储能和自行车领域开疆拓土,自产铁锂需求稳健,紧随其后;湖南裕能、贝特瑞、湖北万润是市场供应的坚实后盾,均呈现快速增长中,潜力较大。2021年,磷酸铁锂前四大厂商为湖南裕能、德方纳米、龙蟠科技和湖北万润,出货量合计占比达一半以上,呈现较为集中的市场格局。

目前我国缺乏核心竞争力的中小企业逐渐退出市场,而一些磷酸铁锂制造商凭借着前驱体核心制备技术占据着市场主要份额,市场竞争加剧且集中度不断上升。从生产企业来看,德方纳米凭借稳定的客户渠道和产能优势,全年产量继续领跑;国轩高科在储能和自行车领域开疆拓土,自产铁锂需求稳健,紧随其后;湖南裕能、贝特瑞、湖北万润是市场供应的坚实后盾,均呈现快速增长中,潜力较大。2021年,磷酸铁锂前四大厂商为湖南裕能、德方纳米、龙蟠科技和湖北万润,出货量合计占比达一半以上,呈现较为集中的市场格局。

数据来源:观研天下数据中心整理

三、下游产业

磷酸铁锂主要下游主要是磷酸铁锂电池行业,目前,磷酸铁锂电池属于国家重点发展的行业。由于工艺过程、成本控制能力、客户渠道等已经较为成熟,磷酸铁锂电池产品的销售情况主要取决于下游市场需求的波动。如果磷酸铁锂电池的主要应用领域出现市场波动,将对行业造成一定的影响。从目前来看,我国是全球最大的磷酸铁锂电池生产国家之一,下游行业需求量大,从成本控制、国家战略等角度来看,我国对磷酸铁锂的需求比较迫切,因此磷酸铁锂行业的销售主要取决于下游的需求情况。

磷酸铁锂电池,是一种使用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极材料,碳作为负极材料的锂离子电池,单体额定电压为3.2V,充电截止电压为3.6V~3.65V。

充电过程中,磷酸铁锂中的部分锂离子脱出,经电解质传递到负极,嵌入负极碳材料;同时从正极释放出电子,自外电路到达负极,维持化学反应的平衡。放电过程中,锂离子自负极脱出,经电解质到达正极,同时负极释放电子,自外电路到达正极,为外界提供能量。

从应用端看,目前磷酸铁锂电池在新能源商用车和储能电池领域渗透率较高,在新能源乘用车领域,国内渗透率约35%,海外部分车厂如大众、戴姆勒等已开始进行磷酸铁锂车型的招标工作,国产磷酸铁锂版Model3目前已部分出口欧洲,预计未来欧洲磷酸铁锂车型的渗透率将会逐步提升。

从出货量来看,根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据,截至2021年磷酸铁锂电池的出货量已经达到117.10GW,预计到2022年将达到225.42GW,相较三元电池领先优势逐步拉大。

从出货量来看,根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据,截至2021年磷酸铁锂电池的出货量已经达到117.10GW,预计到2022年将达到225.42GW,相较三元电池领先优势逐步拉大。

数据来源:中国汽车动力电池产业创新联盟,观研天下数据中心整理

其中磷酸铁锂在动力电池领域,主要用于新能源汽车的动力系统。根据细分应用领域的不同,磷酸铁锂的运用占比也有所不同。从市场规模来看,截至2021年,我国磷酸铁锂在动力电池领域的市场规模达202.11亿元,同比增长了1028.48%,已成为最主要的细分市场。

其中磷酸铁锂在动力电池领域,主要用于新能源汽车的动力系统。根据细分应用领域的不同,磷酸铁锂的运用占比也有所不同。从市场规模来看,截至2021年,我国磷酸铁锂在动力电池领域的市场规模达202.11亿元,同比增长了1028.48%,已成为最主要的细分市场。

数据来源:观研天下数据中心整理

磷酸铁锂在非动力电池领域,主要涉及三个方向的应用:5G基站储能、新能源发电端储能以及铅酸市场替代。从市场规模来看,磷酸铁锂在非动力电池领域2021年也呈现爆发式增长,市场规模达到144.81亿元,同比增长了298.68%。

磷酸铁锂在非动力电池领域,主要涉及三个方向的应用:5G基站储能、新能源发电端储能以及铅酸市场替代。从市场规模来看,磷酸铁锂在非动力电池领域2021年也呈现爆发式增长,市场规模达到144.81亿元,同比增长了298.68%。

数据来源:观研天下数据中心整理(WWTQ)

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