中国电池产业:从起步晚到产业大国的崛起之路
2024-08-30 15:09:54发布 浏览242次 信息编号:84549
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中国电池产业:从起步晚到产业大国的崛起之路
/HGU汇宇行业观察/
从航母上的电磁弹射系统,到无线蓝牙耳机、电视遥控器,电池无处不在。虽然电池问世至今已有200多年的历史,但我国电池产业的发展起步较晚,直到2000年才开始。直到2000年,锂离子电池才成功实现商业化。
但二十年来,我国电池行业在技术、产品、市场等多个维度都取得了长足进步和突破:2021年,我国主要电池品种出口总量达350.5亿只,2020年,全球电池企业前十强榜单上,中国企业占了6家……如今,我国已成为当之无愧的电池产业大国,形成了众多实力雄厚、各具特色的电池产业集群,行业形成了“多地开花、多强并存”的格局。
一个基础产业带动百个产业发展
电池制造既是我国传统产业,又是新能源产业的重要组成部分,与新能源汽车、可再生能源、现代电子信息、新材料、装备制造等多个战略性新兴产业紧密相关,更是我国国民经济建设中最重要的基础产业,事关国计民生和全面建成小康社会的基础。
具体对于电池产品来说,可以分为物理电池和化学电池两大类。
■ 物理电池是指利用物理效应将太阳能、热能或核能直接转换成直流电能的装置,如太阳能电池、温差发电机、核电池等;
■化学电池是将化学能直接转换成直流电能的装置,例如铅酸电池、锂离子电池、锌锰电池等,与物理电池相比,化学电池目前在应用前景方面有显著的优势。
二次电池根据电极材料和工作原理的不同,主要分为铅酸电池、锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池四大类,其中铅酸电池具有性价比高、容量大、功率高、寿命长、安全可靠等优点,是目前全球规模最大、应用最广泛的电池;锂离子电池凭借在能量密度上的突出优势,成为发展前景最为广阔的电池类型,在市场上占有一定的份额。
根据应用场景的不同,电池可分为储能电池、动力电池和消费电池。
储能客户相对分散,对产品性能指标的要求与其他品类有明显区别,目前主流路线为锂离子电池,又可分为三元锂和磷酸铁锂,前者注重续航,后者注重成本,主要区别在能量密度上。国内储能项目大多采用磷酸铁锂电池,而海外项目早期主要采用三元锂电池。
动力电池方面,主要分为车用动力电池和轻型动力电池。车用动力电池的应用领域涵盖新能源乘用车、新能源商用车等新能源出行工具,需要满足快速充电、长寿命、长续航、环保等要求。产品一般具有能量密度高、循环次数多、安全可靠等特点,目前主流路线可分为高能量密度的三元高镍电池和性价比高的磷酸铁锂电池。动力电池多为电动自行车使用的电池类型。
消费电子电池是指为消费电子产品提供电源的储能工具,主要为锂离子电池。锂离子电池根据外观和包装材料可分为圆柱形锂离子电池、方形锂离子电池和聚合物软包锂离子电池。软包锂电池相较于其他两类电池,采用铝塑膜作为包装材料,具有体积小、能量密度高、安全性好、循环寿命长、散热性好等优点,满足了消费类电池对于大容量的需求,并满足了高倍率、轻量化、安全性、尺寸可变性等要求。
虽然第一只现代电池早在1799年就已出现,但中国的“电池工业启蒙之路”却是在1911年,即二次电池实现商业化生产的第二年才开始的。
1911年底,近代实业家胡国光在上海创办了中国第一家电池厂,引进了干电池、铅酸电池的生产工艺和设备,中国电池工业从此起步。
此后几十年,我国电池行业受战争、社会变迁、海外资本冲击等因素影响,发展缓慢,直到新中国成立后才真正赶上来:
■1950年,国产“中华”牌蓄电池上市。
■1956年,我国第一家镍镉电池厂——风云器材厂成立。
■1960年,我国开始研制碱性电池,这是当时技术最先进的。
■1983年,南开大学开始研究镍氢电池技术,6年后,镍氢电池研究被列入国家科研计划。
■1995年,国产镍氢电池开始商业化生产。
■2000年,国产锂离子电池实现商业化生产,中国电池产业进入快速发展阶段。
到2020年,中国电池总产能已达到,占全球总量的74%。今年8月,韩国市场调查机构SNE发布了全球十大动力电池厂商排名,其中中国厂商占据六席,排名第一和第二的宁德时代和比亚迪占据了全球一半以上的市场份额。在国产电池成为全球市场“最熟面孔”的同时,中国电池产业也形成了多个各具特色的产业集群。接下来,华工信息将带读者深入几个典型的电池产业集群,了解它们的发展路径和脉络。
新乡
中国电池行业发展的缩影
河南新乡被誉为“中国电池之都”。全省第一家电池企业新乡电池厂、全国第一家以生产二次电池为主的企业均诞生在这里。20世纪80年代,新乡电池厂成为全国五大电池企业之一,享有自主进出口权,拥有3亿只干电池的生产能力。
新乡
2013年,中国轻工业联合会、中国电池行业协会正式授予新乡“中国电池产业之都”牌匾,新乡由此成为全国首个被授予“电池之都”称号的城市。多年来,新乡电池产业蓬勃发展,蛟龙深潜器、神舟飞船等“重型国之重器”上都出现了新乡电池的身影。
历经70余年的风风雨雨,新乡从一家电池企业成长为国内一流、世界知名的电池产业集群,培育了一大批优秀电池企业,目前,新乡拥有电池及电池材料相关企业300余家,相关产业企业从业人员5万余人。其电池产品覆盖各类新型动力二次电池,拥有六大系列近千个品种的电池产品和20多个系列的电池原材料及零配件,在电池材料、锂离子电池材料等领域优势明显。
位于新乡电力产业开发区的天利锂能是新乡锂电池领域的代表性企业,作为国内最早从事三元材料及其前驱体研发、生产的企业之一,天利锂能落户新乡电力产业开发区,10年来,天利锂能逐步发展成为该细分领域的龙头企业、国家高新技术企业,截至2021年,天利锂能产品在数码、电动两轮车、电动工具等应用领域的三元材料市场占有率已达47%,位居全国第一。
此外,中国电子科技集团公司第二十二研究所、河南省电池研究所、国家电池产品质量监督检验中心等产学研机构也聚集在这座中原小城。
如果说“中华牌”电池代表着新乡电池的辉煌过去,那么氢能产业园则预示着新乡电池的美好未来。
早在国家发改委、国家能源局同步发布《能源技术革命重点创新行动路线图》、首次提出氢能发展路线之前,新乡就已开始布局氢能产业,并提前布局氢能及燃料电池产业,投资50亿元建设新乡氢能产业园,北京冬奥会使用的氢能公交车、国内首座科研示范加氢站均在新乡建成。
目前,新乡正在打造“氢气制取、运输、储存、加注、燃料电池电堆、系统集成、关键零部件、燃料电池整车制造”全产业链,从新乡出发,带动河南、华北氢能发展,将“氢能之都”打造成为新乡另一张亮丽的名片。
新常州
汇聚四面八方的力量,为己所用
江苏常州是长三角地区重要的现代制造业基地,也是我国电池产业新生力量的代表。与拥有深厚文化底蕴的新乡不同,常州电池产业的发展充分诠释了“汇八方之力,为我所用”。
常州
2011年,常州引进了当时国外先进的动力电池公司波士顿电池,这成为常州动力电池产业链最早的基础,给当地带来了非常明显的产业示范效应。2015年,常州再次“出手”,引进了中航锂电。此前,中航锂电总部位于洛阳,是典型的河南企业,随着股权关系的调整,中航锂电大股东变更为常州市金坛区政府,中航锂电更名为中航创新航空,其产能总部也迁入,常州电池产业布局基本成型。
近年来,随着新能源汽车的兴起,常州电池产业特别是动力电池领域取得了长足发展,形成了以溧阳金坛为两大核心、其他区域为多个支撑点的产业格局。而打造“全球动力电池中心”、努力打造国家级创新能源和新能源汽车战略性新兴产业集群,也被确定为常州未来发展的重要目标。
常州市工信局数据显示,得益于常州对动力电池全产业链的不断深度布局,今年1-5月,常州市动力电池产业实现产值447.12亿元,同比增长86.6%,继续呈现较高增长态势,对全市规模以上工业产值增长的贡献率达46.8%。
目前,常州拥有动力电池企业80余家,包括中国新能源、蜂巢能源、江苏时代、上汽时代等多家龙头企业。9月5日,国内首款量产纯电动超跑广汽集团发布,Aion Hyper SSR的动力电池就来自常州企业中信航。
GAC Aion Hyper SSR
基于电池产业与新能源汽车产业高度融合的发展模式,《常州市新能源汽车产业发展“十四五”规划》提出,打造国内领先的新能源乘用车协同“智造”中心,以及国内领先、国际先进的动力及储能电池研发中心和制造中心。到2025年,常州新能源汽车产业规模达到4000亿元,新能源汽车产销达到60万辆;汽车零部件产业规模达到1200亿元;汽车零部件产业规模达到2800亿元,其中动力电池产业规模达到1800亿元。
宜宾腾飞
扬长避短,崛起于长江之畔
四川宜宾是另一个借着新能源汽车热潮兴起的电池产业集群。以五粮液闻名的宜宾,其早期电池产业发展路径与常州类似,都是从引进新企业开始。不同的是,宜宾引进的新能源汽车企业相对于电池而言处于产业链下游,通过先解决电池应用市场的问题,电池企业自然会被吸引到当地。
宜宾
除了车企入驻,毗邻长江的宜宾还具备能源优势。丰富的水资源、国内极具竞争力的工业电价,都是宜宾发展电池产业的天然加分点。2017年,宜宾引进力宝新材、广源锂电池项目,正式迈出了发展动力电池产业的第一步。
2019年,动力电池龙头企业宁德时代在宜宾投资100亿元,成为当地动力电池产业发展的转折点。
在宁德时代牵头带动下,德方纳米、贝恩特、中材科技、科达利、大族激光等20余家上市公司相继来宜宾投资建厂,覆盖了锂盐、正极、负极、隔膜、电解液等动力电池全产业链,产业生态充满活力。
目前,宜宾已建成年产75GWh动力电池产能,今年年底将达到90GWh,预计全年生产动力电池80GWh以上,实现全产业链产值700多亿元,在2022世界动力电池大会上,宜宾作为东道主,签约动力电池及新能源汽车配套项目48个,总金额962亿元。
宜宾电池产业仅用6年时间就实现腾飞,不仅树立了西南地区动力电池领域产业发展的标杆,而且成为“世界动力电池之都”称号的有力争夺者。
未来,宜宾将聚焦产业发展急需解决的技术瓶颈,牵头推进动力电池、新能源汽车等领域“揭榜、抓手”科技项目,努力构建“企业立题、政府出课题、人才解题”的“揭榜”科研项目机制。
目前,首批7个名单已完成5500万元签约揭牌。在全力支持企业申报国家、省科技计划项目的基础上,进一步优化调整市科技计划项目申报指南,聚焦动力电池产业技术需求,在立项上给予倾斜支持。今年以来,动力电池领域企业已获得8个省科技计划项目,资助金额超过500万元。以“零起点成功”续写电池产业集群发展奇迹。
“全能”长兴
低碳引领产业做强做大
浙江长兴是中国电池行业的全能型企业,除动力电池外,在汽车启停电池、储能电池、3C电池等领域也占据国内约一半的市场份额,尤其在电动轻型汽车领域,长兴在车用铅酸电池领域,长兴的市场占有率达到80%。
长兴
长兴电池产业的发展可谓坎坷。改革开放前,长兴最具代表性的电池企业是为当地牛头山矿区提供电池的“梅山电池厂”,也就是天能帅福得的前身。上世纪90年代前后,随着矿业资源枯竭、经济结构转型,牛头山矿区关闭搬迁,梅山电池厂也转型开始从事摩托车电池制造。随后的禁摩令,迫使其重新从事电池生产。第二次转型,是生产相对安全环保的电池产品。
两次“倒逼”转型不仅没有让梅山电池厂走进死胡同,反而让它走上了符合长兴当地产业发展规划——绿色环保、节能减排——的发展快车道,铸就了日后能帅福跻身全国十强电池企业之列的辉煌业绩。
作为湖州市唯一的金融转型试点县,长兴自2004年起重点发展非金属矿产品、纺织、化纤制造、电气机械及器材制造、电力、热力生产和供应等五大高碳高效产业。在电池产业,长兴用10年时间淘汰了全县电池企业全部手工作坊式产能,完成了智能化、数字化、低碳化改造和生产线的普及。长兴铅酸电池在“霸占”市场的同时,也实现了产业集群的绿色发展。
如今,顺应潮流、先行走低碳发展之路的长兴电池产业,在实现“做强”之后,开始积极寻求“做大”和“做宽”。
在动力电池、储能电池领域,2022年湖州市政府工作报告提出,长兴县要依托先进制造业集群优势,打造长三角优质项目集群,长兴县政府工作报告指出,加快推进天能帅富德、杰威电源、国康光电等重大项目建设,规模以上新能源产业产值增长20%以上。
长兴氢燃料电池汽车示范点
在氢电池领域,今年7月,长兴入选浙江省氢燃料电池汽车示范区(示范点)名单,并积极推进氢能装备制造产业园、省级氢能技术研发中心、装备测试平台等建设,在应用方力争年内实现氢燃料电池汽车在两条公交线路上运营。
在国家“碳达峰、碳中和”战略目标的推动下,新能源汽车产业超预期加速发展。电池作为支撑新型动力系统的重要技术和基础装备,规模化发展已成为必然趋势。作为能源汽车和绿色能源产业链的聚集地,必将为我国电池产业的蓬勃发展贡献更大的力量。
我国电池行业
“更多绽放、更多力量并存”
以上典型的电池产业集群是我国电池产业发展的一个侧影,由于电池产业分类、技术路线复杂,很难概括整个电池产业的全貌,但从区域产业发展来看,我国电池产业已形成“多地开花、强强并存”的格局。
从主流动力电池产业来看,我国目前动力电池产能主要集中在华东、西南、华中地区,西北、华南、华北、东北依次排列,排在后面的东北地区动力电池产业开始发展,随后在2022年2月,首个动力电池工厂(长春比亚迪)正式开工建设。
比亚迪刀片电池生产线
分别来看,华东地区目前是动力电池产能集中地区,截至2021年底产能已超过20万只,占比超过60%。其中江苏省是我国目前动力电池产能最高的省份,产能近亿只,知名企业有宁德时代、中国重汽、国轩高科等。其次是福建省,得益于宁德时代总部位于宁德市,目前动力电池产能接近1亿只,主要企业有宁德时代、中国重汽等。浙江省目前动力电池产能在15GWh以上,主要企业有瑞普能源。安徽省目前动力电池产能在10GWh以上,主要企业有比亚迪、国轩高科等。目前江西省、山东省的动力电池产能均不足10GWh,但未来随着宁德时代、比亚迪、新沃达、孚能科技、中电新能源等企业逐步建设投产/扩产,产能将大幅提升。
受益于四川省动力电池产业的快速发展,西南地区动力电池产能位居全国第二,占比12%。其中,四川省受益于宜宾、遂宁的投资布局,动力电池产业发展迅速,发展吸引了宁德时代、蜂巢能源、亿纬锂能、中国重汽、欣旺达等企业竞相布局,目前现有动力电池产能主要来自于宁德时代,未来随着动力电池企业的陆续投产,四川省动力电池产能将超过。重庆、贵州省受益于比亚迪的布局,合计动力电池产能30GWh,重庆市有25GWh,来自于比亚迪的产能布局,贵州省主要是比亚迪贵阳基地5GWh项目,未来随着宁德时代、比亚迪在贵州省的投产/扩建,贵州省动力电池产能有望达到85GWh。
CATL 四川宜宾工厂
以湖南、湖北、河南三省为主的华中地区位列第三。湖南省依托矿产资源,拥有众多动力电池材料企业,动力电池企业主要由比亚迪投资,现有产能15GWh,全部来自国内。湖北省目前动力电池产能超过20GWh,主要企业为CATL(东风时代)、亿纬锂能,未来随着亿纬锂能、中国重汽等企业的投产/扩建,湖北省动力电池产能将超过3GWh。河南省目前动力电池产能不足3GWh,主要来自中芯航的布局。
我国在运/存续动力电池企业目前主要集中在东部沿海地区和中部地区,其中广东拥有动力电池企业数量最多,达8947家,江苏、山东位居第二、第三位,拥有动力电池企业数量分别为5761家、2371家,山东省拥有动力电池企业数量为5528家。湖南、河南、安徽三省动力电池企业数量均超过4000家,浙江、陕西、海南、湖北等省份位列前十,拥有动力电池企业数量均超过2000家。
环保与技术:
电池行业未来的两张“王牌”
目前,全国电池行业正在快速追赶,也可以看到能源革命势不可挡。同时,动力、储能需求持续旺盛,绿色、低碳、可持续成为电池行业未来发展的核心趋势。
以动力电池产业链为例,上游为正极材料、负极材料、电解液、隔膜、固态电解质、结构件、氢氧化镍等原材料,动力电池产业链中游为电池单体组、电池管理系统、热管理系统、燃料电池电堆、系统配件等,动力电池产业链下游应用领域主要包括新能源汽车、电动自行车、电动摩托车,后市场为动力电池回收。
原材料的短缺导致电池企业对于新型环保材料的需求日益增加,锂盐价格的持续高企在一定程度上加速了尚不成熟的氢动力发展,铁基负极材料凭借供给充足的优势,需求旺盛,逐步取代传统材料,并被特斯拉、大众、戴姆勒等车企用于生产新能源汽车的电池。
对于电池企业和电池产品本身而言,可持续发展显然是未来整个行业的主要话题。以新能源汽车为例,虽然不产生尾气,但仍然会产生碳排放,电池组的制造在前期会产生大量的碳排放,一节电池的碳足迹甚至比一辆内燃机汽车还要高。因此,延长电池使用周期以“分摊碳成本”、提高报废电池原材料的回收利用率、降低电池生产过程中的能耗等,都是需要通过技术创新来解决的问题。
在产业链下游,电池性能始终是应用端最受关注的维度之一,也是电池行业竞争取胜的关键。伏特预测,今年全球新增电池装机总量将超过,相当于一枚小型战术热核武器,其爆炸能量相当于一次爆炸产生的能量。如此巨大的电量如果想更高效、更环保地利用,更高的能量密度、更快的充放电速度、更多的循环次数都是必不可少的诉求,而这不仅需要材料上的突破,也需要电池技术最基本的基础——电化学模型的改进甚至革新。
正如2019年诺贝尔化学奖奖的声明所述:“从智能手机和笔记本电脑等消费电子产品到电动汽车以及风能和太阳能等大型储能设备,电池已经成为我们生活中必不可少的能源。与现代社会生活中所有旅途相关的电池行业已经与现代社会的所有步道密切相关。
将来,以可持续发展为主要主题,低碳环境保护和技术创新将成为电池行业开发的根驱动力,各个地区,工业和企业将紧密遵循电池行业需求增加一倍的机会,并专注于电池工业链,以扩展,补充,补充,补充,补充,建立和增强连锁店。
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