精选金属钴在锂离子电池行业应用项目分析研究报告.docx

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精选金属钴在锂离子电池行业应用项目分析研究报告

金属钴在锂离子电池行业应用项目分析研究报告

摘要

锂离子电池是最有望大规模商业化的绿色电池。

锂离子电池相对于传统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池而言具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。

传统领域持续增长，新能源汽车揭开锂电新篇章。

智能手机、平板电脑将成为传统领域对小型锂离子电池需求新增长点。

新能源汽车成为各国政府扶持的重点，新能源需求增长有望带动动力锂离子电池需求的爆发增长。

2010年-2015年锂离子电池下游对其需求年复合增长率有望达到44%。

2015年锂离子的需求预计达到117.95GWH，将是2010年锂离子电池需求的6倍左右。

锂离子电池需求量急剧膨胀，正极材料市场迎来发展良机。

各正极材料性能对比发现，三元材料将未来小型锂电池正极材料的首选，钴酸锂正极材料继续在小型锂离子电池占有一定地位，磷酸亚铁锂、三元材料和锰酸锂适合作为动力锂电池正极材料。

钴在锂离子电池行业需求将随着锂电池的需求而增长。

虽然钴酸锂在电池行业正极材料中有被替代的风险，但是新能源汽车带动锂电池的需求增长和三元材料的使用，使钴在锂离子电池行业的需求量将会继续上升。

数据显示2002-2010年金属钴在锂离子电池行业需求年复合增长率达17%左右。

未来金属钴在锂离子电池行业的需求增长率有望延续。

在锂离子电池需求带动下2010年-2015年金属钴在锂离子电池行业的需求年复合增长率约16%。

关键词：

锂离子电池新能源汽车正极材料金属钴

图表目录

一、锂离子电池是最有望大规模商业化的绿色电池

1.1锂离子电池简介

锂电池（Lithiumbattery）是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂离子）的电池。

锂电池大致可分为锂金属电池和锂离子电池。

锂金属电池通常是不可充电的，且内含金属态的锂。

锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的二次电池。

本文所研究的是锂电池是最广泛应用的可充电的锂离子电池。

锂离子电池也主要由正极、负极、电解液、隔膜组成。

锂离子电池正极采用锂和过渡金属（钴、镍、锰等）的化合物，负极采用石墨或其他类似结构物质。

锂离子电池主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作。

充电时，Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极，负极处于富锂态，正极处于贫锂态，同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，保证负极的电荷平衡。

放电时则相反，Li+从负极脱嵌，经过电解质嵌入正极，正极处于富锂态。

在正常充放电的情况下，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起层面间距变化，不破坏晶体结构，在充放电过程中，负极材料的化学结构基本不变。

因此，从充放电反应的可逆性看，锂离子电池反应是一种理想的可逆反应[]。

图表1锂离子电池工作原理图

来源:

XX百科

1.2常用的二次性能电池比较

目前已经商业化的常用二次电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等，未来燃料电池也可能将商业化。

这也是二次电池历史上发展的顺序。

图表2二次锂离子电池历史发展顺序

来源:

国金证券

1）、铅酸电池：

较早出现的一种二次电池，主要用于汽车蓄电池和大型固定储能电源。

其优点是技术成熟，价格便宜；缺点是含有污染环境的总金属铅，能量密度低。

铅酸电池的市场份额将随着绿色二次电池的广泛应用而逐步减少。

2）、镍镉电池：

也是一类应用较早的二次电池。

其优点是技术成熟、价格便宜、可快速充电和循环寿命长；缺点是能量密度不高，具有记忆效应，且含有有毒金属镉。

欧盟国家自2005年12月31日起，已经限制镍镉电池的进口。

目前镍镉电池只是在二次电池的低端市场得到一定的应用。

3）、镍氢电池：

早期的镍镉电池的替代产品，不使用有毒的镉，可以消除重金属元素对环境的污染问题。

镍氢电池具有相对镍镉电池大的比能量，使用镍氢电池能有效地延长设备的工作时间，也一定程度上减小了镍镉电池中存在的“记忆效应”，这使镍氢电池可以更方便地使用。

其应用范围包括：

照相机、摄像机、移动电话、无绳电话、对讲机、笔记本电脑、PDA、各种便携式设备电源和电动工具等。

镍氢电池虽然无环保问题，但具有轻度记忆效应，在高温的工作下性能将会下降，但长期来看，镍氢电池产业的发展将面对锂电池技术进步带来的替代威胁。

4）、锂电池:

相对于上述的二次电池，锂电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。

因此，自索尼公司于1990年首次开发出锂电池后，由于其具有电压高、体积小、质量轻、比能量高、无记忆效应、无污染、自放电小、寿命长等优点，已经取得了飞速的发展，其应用已经渗透到民用以及军事应用的多个领域，相较之下，在包括移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等强调轻薄短小、多功能的便携式电子产品应用上迅速普及。

5）、燃料电池:

燃料电池是一种把储存在燃料和氧化剂中的化学能，等温地按电化学原理转化为电能的能量转换装置。

燃料电池是由催化剂的阳极、阴极和离子导电的电解质构成。

燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极还原，电子从阳极通过负载流向阴极构成电回路，产生电能而驱动伏在工作。

燃料电池与常规电池不同在于，它工作时需要连续不断地向电池内输入燃料和氧化剂通过电化学反应生成水，并释放出电能；只要保持燃料供应，电池就会不断工作提供电能。

燃料电池在航空航天和军事方面得到较好的应用，但是受技术和成本的限制，尚未达到普通的民用商业化程度。

图表3四种商业化二次电池比较

来源:

投中集团研究部

1.3锂离子电池性能优越

锂离子电池与其他电池相比，主要有以下优点[]：

1）电压高，单体电池的工作电压高达3.6-3.9V，是Ni-Cd、Ni-H电池的3倍；

2）比能量大，目前能达到的实际比能量为100-125Wh/kg和240-300Wh/L（2倍于Ni-Cd，1.5倍于Ni-MH）,未来随着技术发展,比能量可高达150Wh/kg和400Wh/L；

3）循环寿命长,一般均可达到500次以上,甚至1000次以上.对于小电流放电的电器,电池的使用期限将倍增电器的竞争力；

4）安全性能好,无公害,无记忆效应。

锂离子电池中不含镉、铅、汞等对环境有污染的元素：

部分工艺（如烧结式）的Ni-Cd电池存在的一大弊病为“记忆效应”，严重束缚电池的使用，但锂离子电池根本不存在这方面的问题。

5）自放电小，室温下充满电的Li-ion储存1个月后的自放电率为10%左右，大大低于Ni-Cd的25-30%，Ni、MH的30-35%。

6）可快速充放电，1C充电是容量可以达到标称容量的80%以上。

7）工作温度范围高，工作温度为-25~45°C，随着电解质和正极的改进，期望能扩宽到-40~70°C。

锂电池具有能量密度高、循环寿命长、自放电率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。

锂电池是20世90年代开发成功的新型绿色二次电池，近十几年来发展迅猛，在小型二次电池市场中占据了最大的市场份额，已成为化学电源应用领域中最具竞争力的电池。

二、传统领域持续增长，电动汽车揭开锂电新篇章

2.1锂离子电池应用广泛

锂离子电池随着技术的不断进步已经在人们的生活中得到了广泛的应用。

目前，锂离子电池按用途分为用于便携电子产品的小型锂电池和用于新能源交通工具的动力锂电池。

在便携式电子产品领域小型锂电池已经用途比较广泛，其中在笔记本电脑和手机领域中使用量最大。

目前，在手机领域和MobilePC领域的小型锂离子电池的渗透率已经达到100%，基本上取代了原来的镍氢电池和镍镉电池。

随着电动自行车和新能源汽车的需求增加，动力锂电池的需求也将会增加。

图表42010年锂离子电池各应用产品市场份额和渗透率

来源:

wind资讯整理

新能源汽车对于动力锂离子电池的需求量极大，一个电压为10.8V容量为4400mAh小型锂离子笔记本的电池的容量为为47Wh，一辆HEV的电池容量大约为5kWh，BEV的电池容量更是高达25kWh左右，是笔记本需求的几百倍。

下图表为电池人才网统计的锂离子电池在各领域电池容量的平均需求量。

图表5锂离子电池在各领域电池容量的平均需求量

小型电池

电池容量（WH）

动力锂电池

电池容量（WH）

手机

3

锂电池HEV

5000

平板电脑

20

锂电池PHEV

10000

笔记本

45

锂电池BEV

25000

电动自行车

来源:

电池人才网整理

2.2便携式电子产品将带动小型锂离子电池需求稳步增长

2.2.1智能手机的需求将是带动手机领域对锂电池需求增长的新动力

手机领域是小型锂离子电池的主要需求之一。

随着手机向轻、薄、短、小化发展，对体积小而容量大的电池需要也就相应增强，这样可以省下大量的空间。

要使手机最小型化，只有锂离子电池是最好的电源。

在手机电池领域，锂离子电池几乎完全取代了其他的二次电池。

智能手机的需求将是带动手机领域需求增长的新动力。

国际通讯联盟原秘书长哈玛德•图埃称从2000年到2008年，全球手机用户量平均增长率将达24%[]。

据《中国电子报》报道，2011年，全球手机出货量约为16亿部，其中智能手机的渗透率达36％，即约为4.5亿部，且智能手机同比增长率达10％，标志着智能手机已进入快速成长期；到2015年，预计全球手机出货量将达19亿部，其中智能手机的渗透率达48％，达到9.3亿部[]。

ICInsights预计，2011年—2014年的手机出货量增长率分别是8%，-2%，9%.据此可以预计2012年—2015年全球手机出货量。

图表6全球2006年-2015年手机出货量的增长率预计

来源:

ICInsights整理

手机领域锂电池平均需求容量为3Wh，按照上图表手机出货量估计2010年—2015年手机领域对小型锂电池的需求量。

从下图表可以看出，手机领域对锂电池的需求将平稳增长。

图表72010年-2015年手机领域锂离子电池需求估计（单位：

GWH）

2.2.2平板电脑是MobilePC领域新的锂电池需求增长点

PC领域主要包括台式机、笔记本、上网本以及平板电脑等，其中笔记本、上网本和平板电脑一般被统称为MobilePC，需要锂电池作为电源使用。

电池作为MobilePC领域中的重要组成部分，从诞生那天起就引起广泛的关注。

随着技术的发展，人们对电池的稳定性、连续使用时间、体积、充电次数和充电时间等的要求越来越高。

因此，电池技术进步也是MobilePC发展的重要组成部分。

从MobilePC电脑领域锂离子电池的渗透率来看，锂离子电池由于独特的特性已经几乎完全替代了其他二次电池。

目前，笔记本电脑电池一直是小型锂离子电池的重要需求之一。

随着平板电脑的快速发展，平板电脑的锂离子电池需求也会上升。

2010年，MobilePC出货量达到了约2亿台，逐渐成为PC领域的主流。

MobilePC取代台式电脑的趋势将越来越明显，特别是新兴消费电子属性更为明显的平板电脑在未来将高速增长。

新兴经济体中，MobilePC的渗透率仍然相对较低，因此在这些国家，笔记本对台式机的取代仍将继续。

据市场调研机构DisplaySearch预测，全球笔记本电脑和上网本的总出货量未来将保持每年14%左右的增长率[]。

图表8全球2010年-2015年MobilePC领域出货量预计（单位：

千万台）

来源:

Gartner，东北证券

目前，市场上笔记本锂离子电池的容量30WH-90WH不等，最新的平板电脑苹果Ipd3电池已经接近笔记本电池容量。

我们仍按照上文对MobilePC领域锂电池平均需求容量计算，保守估计全球2010年—2015年MobilePC领域锂电池的需求。

图表9全球2010年-2015年MobilePC领域锂