锂电池原材料和核心部件构成
锂电池原材料和核心部件构成
原料和部件:锂矿主产区在南美和澳大利亚,电池核心部件约40%成本在正极
锂离子动力电池的核心原材料为锂矿(锂盐)。全球锂矿资源主要分为卤水锂、硬盐型锂和沉积型锂,三种储量分别占比59.4%、34.2%和6.4%。目前卤水锂的主要产地在南美洲、美国和中国,硬盐型锂的产地主要在澳大利亚和中国,沉积型锂储量较丰富的国家为塞尔维亚和美国。全球范围看,锂资源分布不均匀。
正极材料占动力电池整体成本的约40%。原材料是正极和负极的成本核心,占比分别为89%和86%。电解液和隔膜的核心成本除原材料之外,加工费(占比51%)和 制造成本(37%)的占比分别较高。所以原材料(锂盐)的价格是影响正极材料乃至动力电池产业链成本控制的核心因素。
一文搞清楚锂电池结构件
一、电池结构件概述
电芯结构件为锂电池核心安全件,占电池五大原材料成本的 8%-11%。
(1)从广义上看,电池结构件包括了电芯顶盖、正负极软连接、电池软连接排、钢/铝外壳等,从狭义上看,锂电池结构件主要是指顶盖和壳体等。电池结构件可以起到传输能量、外观装饰、承载电解液、保护安全性等作用,还能根据应用领域不同,具备防腐蚀、抗震性、可连接性等特定功能。电池结构件在电池中发挥着重要作用,与锂电池的能量密度、密封性等性能具有极强的关联性。
(2)从产品形态来看,电池结构件大致分为方形电池结构件、圆柱形电池结构件、软包锂电池结构件等。其中,方形电池结构件为市面上的主流产品,市场占比为93.18%;其次为圆柱形电池结构件,市场占比为4.47%;软包电池结构件排名第三,市场占比为2.35%。
(3)得益于新能源汽车市场的迅速扩张,以及储能、消费电子等领域对锂电池需求的持续增长,全球锂电池结构件行业市场规模近年来呈现出显著的增长趋势。据数据,2022年全球锂电池结构件行业市场规模为422.5亿元,2023年达420.9亿元。随着技术的进步和市场的不断扩大,预计未来几年该行业将继续保持强劲的增长势头。中国作为全球最大的锂电池生产国,锂电池结构件市场规模占全球的70%以上,且近年来呈现出快速增长的态势。
二、电池结构件行业产业链
目前,我国锂电池结构件产业链已经基本形成。锂电池结构件行业产业链涉及多个环节,从原材料供应、加工制造到最终应用于各个领域,形成了完整的上下游发展体系。上游环节,锂电池结构件的主要原材料包括钢材、铝材、铜材、塑料以及特定的功能性材料。下游环节则是锂电池结构件的应用领域。随着新能源汽车、储能系统、消费电子等领域的快速发展,锂电池结构件的需求不断增加。
三、电池结构件类型、作用及生产技术
1、壳体:主要起固定+保护+密封+散热作用。 壳体是电芯内活性物质与外界全生命周期的屏 障,起到对内部电化学系统固定、全密封、散热等作用。根据金杨股份招股说明书,其 壳体产品按壳口、壳底不同设计,分为直通型壳口、变壁型壳口、扩口型壳口、普通型 壳底、防爆型壳底。
壳体生产难度集中在连续精密拉伸,壁垒在于模具&拉伸设备。 壳体的主要生产工艺包括原材料分切、精密连续拉深、切口、清洗、烘干、检测,其中精密连续拉伸过程需要保障壁厚的均匀性,防止出现断裂,相比常规一次冲压成型难度更大,其核心壁垒在于模具&拉伸设备。
2、盖板或盖帽:主要起连接+隔离+密封+防爆作用。 盖板主要具有以下作用:连接电池正极与外部 电路;隔离电池正极与负极;密封电池,防止电解液渗漏;保护电池,防止电池在滥用、 过充和短路情况下起火爆炸,或降低爆炸威力。盖板主要由钢帽、密封圈、防爆组件、极柱等组成:
密封圈: 绝缘+密封作用。位于盖板最外围,将组合盖帽内部金属件与电池钢壳隔离,起 到绝缘作用,防止电池内部短路;在电池封口后起到密封的作用。
钢帽: 保护+连接作用。位于盖板顶端,有较大强度,在受外力时不易变形,起到保护防 爆铝片的作用;也是电池之间 PACK 连接的部件。
防爆组件: 泄压作用。主要用于电池过载时的断电与释压,以防止电池内压过高而发生 爆炸。由隔离圈、防爆铝片和连接铝片组成:
(1)防爆铝片:位于盖板中部,是决定电路切断和释放临界压力的核心组件,在电池内压到达一定值时自动爆破泄压,从而保障电池的使用安全;
(2)连接铝片:位于盖板底部,通过激光焊接与防爆铝片连接,在电池处于危险状态时与防爆铝片断开连接;
(3)隔离圈:位于连接铝片与防爆铝片的连接处,起到隔离、绝缘作用。
盖板中重要部件主要有:
(1)防爆片:一般磷酸铁锂体系电池顶盖采用单个防爆阀设计,防爆阀开启压力一般为0.4~0.8MPa。当内部压强增大并超过防爆阀的开启压力时,防爆阀将从刻痕处破裂并开启进行泄压;
(2)翻转片:三元体系电池除了采用防爆阀外,还会叠加SSD翻转片组合设计形式,防爆阀开启压力和SSD翻转压力一般分别为0.75~1.05MPa.0.45~0.5MPa。当电池内部压强增大至SSD翻转压力时,翻转片向上顶起,快速切断电流;
(3)极柱:主要是起到电流导通作用。通常正极采用铝极柱,负极采用铜铝复合极柱
盖板:流程较壳体更复杂,环节良率累积及自动化线是关键。 生产工艺上,盖板生产流程较壳体复杂。盖板的主要生产工艺包括冲制&注塑、组件检验、涂胶、浸沥青、包边整形、点焊、组件装配、点焊、成品装配、检验入库,检测环节包括防爆压力测试、氦气密封性测试、内阻测试、电阻测试。生产流程中较难的环节为冲压、焊接部分,包括钢帽冲压、防爆铝片冲压、连接铝片冲压、密封圈冲压、隔离圈冲压、安装极柱时的摩擦焊接、组装时的激光焊接等。
3、电池模组链接片: 动力电池模块的连接片大多采用多层材料复合材料的方法,其中一层材料是连接件和极柱之间的连接层,以保证焊接性能。采用多层材料看加,保证连接片的导电性。连接板基板经过多层箔堆看后加工成型,可形成柔性区域,用于补偿动力电池芯部膨胀引起的位移,减小对低强度界面的影响。
动力电池模块的连接件一般为矩形、梯形、三角形、台形,连接面粘贴0.1厚的镀镍铜箔,焊接时表面在高温下容易氧化变色,并在不破坏产品表面涂层的情况下进行抛光清洗。这样的产品不仅解决了整体电镀的问题,还解决了电导率最大化的问题。铜镀镍连接片最好,其次纯镍连接片,可是价格偏贵,最后是镀镍钢连接片,镀镍钢连接片价格相对便宜,并容易焊接。
动力电池模组常用的汇流排有:镍片、铜铝复合汇流排、铜汇流排、总正总负汇流排、铝汇流排,铜软连接、铝软连接、铜箔软连接等。四、电池结构件主要供应商及市场竞争格局
国内企业竞争构成三大梯队。1)第一梯队:包括科达利,产品体系全覆盖,且在宁德时代、中创新航、欣旺达、亿纬锂能、LG 新能源(中国)、松下(中国)等占据领先的供应份额,拥有行业领先的技术工艺和产能;
2)第二梯队:包括震裕科技,其产品集中在方形,覆盖壳体、盖板,为宁德时代的主力供应商;
3)第三梯队:包括东山精密、金杨股份、斯莱克、中瑞股份、瑞德丰、中泽精密、长盈精密、领益智造、宁波方正、常铝股份、先惠技术等:除东山精密、常铝股份、中瑞股份、宁波方正外,其余各家均已进入宁德时代供应链;东山精密进入北美大客户自产大圆柱电池供应链;常铝股份的刀片电池结构件已进入比亚迪供应链;中瑞股份主要供应 LG 新能源小圆柱电池盖帽;宁波方正主要供应比克电池。
第三梯队企业在产品体系、客户、规模上较第一、第二梯队有所差距。海外的主要参与者韩国 Sangsin EDP、日本 Fuji Springs 各自以配套韩国、日本客户为主。另外,在上述的上市企业中,仅科达利、震裕科技、金杨股份、中瑞股份、斯莱克当前把结构件业务作为核心主营业务(收入占比 4 成以上),对于东山精密、长盈精密、领益智造、宁波方正、常铝股份、先惠技术,电池结构件非核心业务,其中东山精密、长盈精密、领益智造主营业务均为消费电子相关业务。
五、全球电池结构件市场需求及预测
预计 2026 年动力+储能+小动力电池结构件(本文结构件仅考虑这些主要下游市场) 市场空间近800亿元,24-26年CAGR 达30%。根据我们的测算,假设:(1)基于各国 新能源汽车的长期发展,我们假设 26 年全球新能源汽车销量2664 万辆,单车平均带电量52kWh,出货/装机比例115%,我们预测26年全球动力电池出货量为1598GWh,CAGR=23%;
(2)基于各国储能行业的持续增长,我们预测到 26 年全球储能电池出货量为 843GWh,CAGR=56%;(3)基于锂电在全球二轮车&平衡车、电动工具、OPE中的持续渗透,我们预测26年全球小动力电池(二轮车+电动工具)出货量 72GWh,CAGR=15%;(4)假设到25年动力电池中方形+圆柱占比为91%、储能电池中方形+圆柱占比为95%、小动力电池中方形+圆柱占比为90%;(5)假设24/25/26年电池结构件单 GWh 价值量分别为3502/3432/3363 万元。我们测算4/25/26年全球动力+储能+小动力锂电池结构件市场空间分别为 463/616/780亿元,CAGR达30%。
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