一、前言
世界碳減排壓力凸顯,鋰電池作為重要的減碳裝備得到了快速發(fā)展。受新能源汽車行業(yè)的發(fā)展帶動(dòng),近年來(lái)我國(guó)鋰消費(fèi)保持了高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)(年均增速為24%),2020年的鋰消費(fèi)量為22.9萬(wàn)t(按碳酸鋰當(dāng)量計(jì),下同)、車載動(dòng)力電池出貨量為80 GW·h。目前,我國(guó)是世界上最大的鋰消費(fèi)國(guó)、下游材料生產(chǎn)國(guó)、電池生產(chǎn)國(guó),相關(guān)產(chǎn)業(yè)處于加速上升的前期,面臨著參與鋰電產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的重大戰(zhàn)略機(jī)遇。
為了支持我國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的有序發(fā)展,工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等部門積極出臺(tái)政策,著眼2025年前動(dòng)力電池產(chǎn)品的性能與安全性、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、關(guān)鍵材料及零部件、生產(chǎn)裝備智能化等,提出具體要求;以動(dòng)力電池實(shí)行梯次利用為契機(jī),明確動(dòng)力電池回收責(zé)任主體及動(dòng)力電池編碼制度、建立全生命周期追溯體系,促進(jìn)資源的高效循環(huán)利用。在學(xué)術(shù)與產(chǎn)業(yè)研究方面,針對(duì)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)開展了較多工作:關(guān)于資源勘查,總結(jié)了四川省富鋰地區(qū)資源勘查進(jìn)展、全國(guó)鹽湖鋰資源品質(zhì),梳理了選礦工藝及開發(fā)現(xiàn)狀;關(guān)于冶煉加工,剖析了各類加工鋰鹽的發(fā)展規(guī)模、企業(yè)發(fā)展情況等;關(guān)于關(guān)鍵材料和電池產(chǎn)品,完成了國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵材料研發(fā)技術(shù)狀況對(duì)比,分析了我國(guó)關(guān)鍵材料發(fā)展面臨問(wèn)題并提出了面向2035年的目標(biāo)任務(wù);還梳理了鋰產(chǎn)業(yè)鏈環(huán)節(jié)以及龍頭企業(yè)的生產(chǎn)工藝與技術(shù)路徑。然而從已有文獻(xiàn)看,著眼行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展而展開的鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈串聯(lián)性研究還有所不足。
本文從鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展的必要性出發(fā),針對(duì)資源端、冶煉加工端、關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端、循環(huán)利用端等產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成,凝練問(wèn)題、研判目標(biāo)、論證路徑、提出對(duì)策,以期為相關(guān)行業(yè)發(fā)展研究提供基礎(chǔ)參考。
二、鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成與高質(zhì)量發(fā)展的必要性
(一)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)成
產(chǎn)業(yè)鏈指從原材料一直到終端產(chǎn)品制造的各生產(chǎn)部門的完整鏈條,其實(shí)質(zhì)是各產(chǎn)業(yè)相互之間供給與需求、投入與產(chǎn)出的關(guān)系,也是對(duì)產(chǎn)業(yè)部門之間因技術(shù)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系而存在緊密關(guān)系的形象表述。本文將鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈劃分為礦產(chǎn)資源端、冶煉加工端、關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端、循環(huán)利用端4個(gè)環(huán)節(jié),各環(huán)節(jié)之間相互聯(lián)動(dòng)、相互制約、相互依存,存在產(chǎn)品、生產(chǎn)技術(shù)、投資等關(guān)聯(lián)方式。
礦產(chǎn)資源端主要指勘查與采礦,涉及鋰輝石、鋰云母、鹽湖等不同鋰資源類型的開發(fā)利用;處于產(chǎn)業(yè)鏈的最上游,是冶煉加工產(chǎn)業(yè)不可或缺的原材料、形成整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的物質(zhì)基礎(chǔ)。
冶煉加工端主要指有色金屬冶煉加工業(yè)中的鋰鹽加工,涉及碳酸鋰、氫氧化鋰、六氟磷酸鋰、雙氟磺酰亞胺鋰等鹽類產(chǎn)品的加工生產(chǎn);相應(yīng)的產(chǎn)品規(guī)模、生產(chǎn)工藝、產(chǎn)品質(zhì)量等條件制約著關(guān)鍵材料的生產(chǎn)與發(fā)展。
關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端主要指汽車鋰動(dòng)力電池及其生產(chǎn)所需要的關(guān)鍵部件,如含鋰關(guān)鍵材料主要有三元正極材料、磷酸鐵鋰正極材料、電解液等;關(guān)鍵材料的研發(fā)能力、生產(chǎn)技術(shù)水平等因素,直接影響下游的產(chǎn)品性能與水平。電池產(chǎn)品主要分為三元?jiǎng)恿﹄姵?、磷酸鐵鋰動(dòng)力電池,不同的技術(shù)發(fā)展路線同樣影響關(guān)鍵材料種類的選擇與發(fā)展。
循環(huán)利用端主要指對(duì)報(bào)廢汽車動(dòng)力電池中的鋰元素進(jìn)行提取再利用,是提高資源利用效率的有效手段,將直接緩解資源端的供應(yīng)緊張態(tài)勢(shì)。
(二)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展的必要性
鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈的高質(zhì)量發(fā)展,將突出表現(xiàn)為:國(guó)內(nèi)鋰資源得到綜合、高效、綠色開發(fā)利用,深加工鋰鹽、關(guān)鍵材料、不同電池產(chǎn)品的核心技術(shù)獲得突破,各類產(chǎn)品的質(zhì)量保證、技術(shù)研發(fā)能力達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,報(bào)廢的動(dòng)力電池得到有序和充分地回收再利用,產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)流通順暢且規(guī)模與結(jié)構(gòu)合理,產(chǎn)業(yè)鏈自主可控、科技創(chuàng)新協(xié)同、“短板”環(huán)節(jié)改善等態(tài)勢(shì)良好。加快實(shí)施鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展,必要性體現(xiàn)在以下四方面。
一是實(shí)現(xiàn)燃油車向新能源汽車平穩(wěn)過(guò)渡,加速降低能源風(fēng)險(xiǎn)。我國(guó)石油資源匱乏,2021年石油進(jìn)口依存度達(dá)到72%;能源消費(fèi)尚未達(dá)峰,若繼續(xù)加大石油使用量,將加劇國(guó)家能源安全風(fēng)險(xiǎn)。在交通領(lǐng)域,采用性能先進(jìn)的動(dòng)力電池可顯著縮小燃油車與新能源汽車的駕駛體驗(yàn)差距,在支持實(shí)現(xiàn)新能源汽車與燃油車平穩(wěn)過(guò)渡的同時(shí),進(jìn)一步降低交通領(lǐng)域石油消費(fèi)量,緩解對(duì)外石油依賴。
二是支撐新能源電力的多場(chǎng)景應(yīng)用,助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)。高質(zhì)量的鋰動(dòng)力電池作為一種儲(chǔ)能裝置,將高效利用風(fēng)、光、水等新能源電力;還可規(guī)?;瘮U(kuò)展到航空、航天、船舶等重大裝備應(yīng)用場(chǎng)景,為控制碳排放強(qiáng)度、改善清潔能源使用結(jié)構(gòu)提供有力支撐。
三是加快形成以國(guó)內(nèi)大循環(huán)為主體、國(guó)內(nèi)國(guó)際雙循環(huán)相互促進(jìn)的新發(fā)展格局。國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)趨于激烈,逆全球化趨勢(shì)對(duì)國(guó)際供應(yīng)鏈分工合作模式提出挑戰(zhàn)。唯有驅(qū)動(dòng)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈的自主可控,才能有效應(yīng)對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)、在關(guān)鍵時(shí)刻保障國(guó)內(nèi)生產(chǎn)和供給不受影響,從而提升國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的自我循環(huán)水平。
四是支撐國(guó)家經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展。鋰電產(chǎn)業(yè)是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈迫切需要朝著國(guó)際價(jià)值鏈的中高端邁進(jìn),產(chǎn)品結(jié)構(gòu)則轉(zhuǎn)向高技術(shù)含量、高附加值的體系模式。形成上、下游各環(huán)節(jié)共同發(fā)力,協(xié)同創(chuàng)新效應(yīng)顯著,競(jìng)爭(zhēng)力水平大幅提升,產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平國(guó)際領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)鏈體系,支撐甚至引領(lǐng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的優(yōu)質(zhì)高效發(fā)展。
三、我國(guó)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀
(一)資源端
我國(guó)鋰資源種類豐富,儲(chǔ)量排名世界第四位(約800萬(wàn) t),約占世界總儲(chǔ)量的7%。目前世界上大規(guī)模開采的鋰資源主要是鹽湖、鋰輝石、鋰云母;富鋰黏土作為一種潛力資源,部分企業(yè)已在墨西哥開展生產(chǎn)試驗(yàn),尚未進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)利用。我國(guó)同時(shí)擁有鹽湖、鋰輝石、鋰云母3種資源,其中鹽湖鋰主要分布在青海省、西藏自治區(qū),鋰輝石主要分布在四川省,鋰云母主要分布在江西省;也有一定規(guī)模的黏土型資源,具備良好的發(fā)展前景。
相比海外優(yōu)質(zhì)資源,國(guó)內(nèi)鋰資源存在硬巖品位相對(duì)較低,鹽湖中成分復(fù)雜、鎂鋰占比較高,提取難度相對(duì)較大等特點(diǎn)。例如,四川省的甲基卡鋰輝石品位為1.3%~1.5%,而澳大利亞格林布什鋰輝石品位達(dá)2.1%;我國(guó)察爾汗、大柴旦、一里坪等鹽湖的鎂鋰占比分別為1577、134、90.5,而智利阿塔卡瑪鹽湖、玻利維亞烏尤尼鹽湖的鎂鋰占比僅為6.4、18.6。
我國(guó)鋰資源的產(chǎn)量增速較快,但產(chǎn)量有限。2015—2020年世界鋰礦產(chǎn)量年均增速為20%,而我國(guó)同期的年均增速高達(dá)45%;目前我國(guó)的產(chǎn)量為7.5萬(wàn)t,約占世界總產(chǎn)量的17%。江西省、青海省是我國(guó)最重要的鋰資源生產(chǎn)地,合計(jì)占我國(guó)總產(chǎn)量的80%。四川省、西藏自治區(qū)雖然擁有豐富的資源,但因環(huán)境保護(hù)約束,高寒、高海拔開發(fā)環(huán)境惡劣,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)周期長(zhǎng),短期內(nèi)的產(chǎn)量增長(zhǎng)十分有限。
國(guó)內(nèi)資源開發(fā)市場(chǎng)較為集中,產(chǎn)量排名前5位的企業(yè)份額合計(jì)達(dá)93%。主要開采公司有宜春鉭鈮礦有限公司、青海鹽湖工業(yè)股份有限公司、西部礦業(yè)集團(tuán)有限公司、融達(dá)鋰業(yè)有限公司、青海恒信融鋰業(yè)科技有限公司、西藏礦業(yè)發(fā)展股份有限公司等。
與海外開采礦山相比,國(guó)內(nèi)鋰礦的提取生產(chǎn)成本偏高。2021年,世界主要鋰礦的開采現(xiàn)金成本不到2900美元/t,澳大利亞優(yōu)質(zhì)鋰輝石項(xiàng)目開采成本均不超全球平均水平;我國(guó)江西宜春鋰云母、東西臺(tái)吉乃爾等項(xiàng)目的提取成本高于3700美元/t,超出世界平均水平約30%。
(二)冶煉加工端
我國(guó)生產(chǎn)的鋰鹽種類齊全,產(chǎn)量增長(zhǎng)迅速。2015—2020年的平均增速為32%,2020年的產(chǎn)量為24.6萬(wàn)t,約占世界總產(chǎn)量的67%。形成了大量進(jìn)口礦產(chǎn)資源進(jìn)行冶煉加工、出口下游產(chǎn)品的基本格局。生產(chǎn)集中度較高,前5家企業(yè)的市場(chǎng)份額占比超過(guò)80%,代表性企業(yè)有江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司、天齊鋰業(yè)股份有限公司、盛新鋰能集團(tuán)股份有限公司、四川雅化實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司等。鋰深加工產(chǎn)品的產(chǎn)能規(guī)模仍處于擴(kuò)張階段,但因進(jìn)口鋰礦資源供應(yīng)的增量有限而未能利用全部產(chǎn)能。
新型雙氟磺酰亞胺鋰鹽(LiFSi)有望成為第二代電池的電解質(zhì),我國(guó)企業(yè)積極開展投資布局。2020年,以上??爹i科技股份有限公司、深圳新宙邦科技股份有限公司為代表,開始量產(chǎn)LiFSi;國(guó)內(nèi)建設(shè)產(chǎn)能約6800 t(占世界總產(chǎn)能90%),明顯快于海外產(chǎn)能建設(shè)速度。
電池級(jí)碳酸鋰、電池級(jí)氫氧化鋰、六氟磷酸鋰等深加工產(chǎn)品的生產(chǎn)技術(shù)與質(zhì)量達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,可滿足國(guó)內(nèi)下游關(guān)鍵材料企業(yè)應(yīng)用需求,同時(shí)向海外知名企業(yè)供貨。例如,江西贛鋒鋰業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的電池級(jí)氫氧化鋰產(chǎn)品,為國(guó)際主流品牌的車用鋰電池產(chǎn)品進(jìn)行配套;多氟多新材料股份有限公司生產(chǎn)的高純晶體六氟磷酸鋰產(chǎn)品,向日本宇部興產(chǎn)株式會(huì)社、韓國(guó)Soulbrain股份有限公司等國(guó)際主流的電解液企業(yè)供貨。
我國(guó)企業(yè)的鋰鹽加工生產(chǎn)過(guò)程朝著智能化、綠色化方向發(fā)展。天齊鋰業(yè)股份有限公司建成世界首條全自動(dòng)化的電池級(jí)碳酸鋰生產(chǎn)線,年產(chǎn)能可達(dá)2萬(wàn)t;融捷股份有限公司等企業(yè)也正在建設(shè)高度自動(dòng)化的鋰鹽工廠。鋰鹽加工屬高耗能行業(yè),生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生污染物。部分礦石類提鋰企業(yè)通過(guò)改進(jìn)生產(chǎn)工藝、采用酸化窯外夾套循環(huán)加熱等方式降低總能耗和“三廢”排放。
(三)關(guān)鍵材料與產(chǎn)品端
1. 正極材料
我國(guó)正極材料生產(chǎn)規(guī)模較大,超過(guò)世界總產(chǎn)量的50%。目前市場(chǎng)主流的汽車動(dòng)力電池正極材料是三元材料、磷酸鐵鋰材料,2020年我國(guó)三元正極材料產(chǎn)量為21萬(wàn)t,約占世界產(chǎn)量的40%。三元正極材料的高鎳低鈷化是發(fā)展趨勢(shì),2020年國(guó)內(nèi)中低端產(chǎn)品,如鎳鈷錳多元材料(NCM)333、NCM523的產(chǎn)量占比為57%,而NCM811、鎳鈷鋁酸鋰(NCA)等高端高鎳產(chǎn)品的產(chǎn)量?jī)H占23%,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)失衡。國(guó)內(nèi)NCA材料產(chǎn)量不高,主要原因在于:NCA材料相比NCM技術(shù)壁壘更高,對(duì)生產(chǎn)工藝、濕度等條件要求更為嚴(yán)格;我國(guó)三元電池發(fā)展路徑以NCM為主,導(dǎo)致材料端、產(chǎn)品端難以產(chǎn)生聯(lián)動(dòng)效應(yīng)、材料企業(yè)的NCA生產(chǎn)動(dòng)力不足。
國(guó)內(nèi)高端產(chǎn)品市場(chǎng)的集中度較高。以NCM811為例,寧波容百新能源科技股份有限公司、天津巴莫科技有限責(zé)任公司的市場(chǎng)份額合計(jì)高達(dá)84%。在產(chǎn)品質(zhì)量方面,重點(diǎn)企業(yè)產(chǎn)品的品質(zhì)良好,進(jìn)入了國(guó)際主流電池廠商的供應(yīng)鏈。目前,國(guó)內(nèi)產(chǎn)品基本滿足我國(guó)下游電池生產(chǎn)需求,但高端正極前驅(qū)體材料仍部分依賴進(jìn)口。
2020年,我國(guó)磷酸鐵鋰正極材料產(chǎn)量約為14.2萬(wàn) t,處于世界主導(dǎo)地位。磷酸鐵鋰安全性好、循環(huán)壽命長(zhǎng),但因電池體積能量密度偏低而在國(guó)外較少生產(chǎn)。近年來(lái),國(guó)內(nèi)無(wú)模組刀片電池等結(jié)構(gòu)性創(chuàng)新大幅提升了磷酸鐵鋰電池的體積能量密度,在補(bǔ)貼退坡情況下的性價(jià)比優(yōu)于三元電池,從而帶動(dòng)了材料端磷酸鐵鋰材料產(chǎn)量回升。國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰動(dòng)力電池市場(chǎng)化發(fā)展優(yōu)于海外,正極材料自產(chǎn)自銷(主要供應(yīng)國(guó)內(nèi)電池廠商),相關(guān)企業(yè)具有較高的生產(chǎn)集中度。
在新材料研發(fā)和生產(chǎn)方面,部分國(guó)內(nèi)企業(yè)的超高鎳材料生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)入國(guó)際前列,如Ni90系三元材料實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)外批量供貨,Ni95系產(chǎn)品完成國(guó)際客戶驗(yàn)證,Ni98系產(chǎn)品進(jìn)入研發(fā)階段。在鎳鈷錳鋁(NCMA)四元正極材料方面,國(guó)內(nèi)少量企業(yè)已進(jìn)行技術(shù)布局,但整體上與國(guó)際先進(jìn)水平存在差距。部分企業(yè)完成了富鋰錳基材料的工藝定性和試生產(chǎn),保障了下游新電池產(chǎn)品的研制需求。
我國(guó)企業(yè)因技術(shù)研發(fā)起步較晚,在關(guān)鍵材料的基礎(chǔ)核心專利方面積累不足。例如,NCM材料的基礎(chǔ)核心專利為美國(guó)3M公司擁有,NCA材料專利多由日本、韓國(guó)企業(yè)掌握。近年來(lái),國(guó)內(nèi)科研院所、企業(yè)針對(duì)原始專利進(jìn)行了一定的改性創(chuàng)新,但因國(guó)際市場(chǎng)環(huán)境影響仍然受到較大制約。
2. 電解液
電解液由鋰鹽電解質(zhì)、溶劑、添加劑組成。2020年,我國(guó)動(dòng)力電池電解液出貨量約為8.8萬(wàn)t,約占世界產(chǎn)量的50%;出口量超過(guò)3萬(wàn)t,主要供應(yīng)給日本、韓國(guó)企業(yè)。廣州天賜高新材料股份有限公司、深圳新宙邦科技股份有限公司等排名前5名的企業(yè),合計(jì)產(chǎn)量占國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的78%。國(guó)內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的六氟磷酸鋰電解質(zhì)可滿足電解液生產(chǎn)需求,碳酸亞乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯等大規(guī)模應(yīng)用的電解液功能添加劑也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。國(guó)際主流電解液企業(yè)擁有獨(dú)特的添加劑配方,我國(guó)企業(yè)在部分功能添加劑設(shè)計(jì)方面還存在進(jìn)口依賴現(xiàn)象。
3. 動(dòng)力電池
我國(guó)動(dòng)力電池生產(chǎn)規(guī)模位居世界第一,2020年動(dòng)力電池裝機(jī)量為63.3 GW·h,約占世界裝機(jī)量的40%。寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司、比亞迪股份有限公司是我國(guó)動(dòng)力電池的領(lǐng)先企業(yè),國(guó)內(nèi)的裝機(jī)量合計(jì)占比達(dá)到70%。目前,汽車動(dòng)力電池的主流類型有NCM三元電池、NCA三元電池、磷酸鐵鋰;我國(guó)企業(yè)在NCA三元電池方面技術(shù)積累較弱,發(fā)展路線以NCM三元電池、磷酸鐵鋰電池為主。在電池包裝集成方面,國(guó)內(nèi)企業(yè)突破了NCM電池、磷酸鐵鋰無(wú)模組技術(shù),在提高電池包能量密度的同時(shí)降低了生產(chǎn)成本。電池生產(chǎn)的高度自動(dòng)化可提升產(chǎn)品一致性,國(guó)際一流企業(yè)的自動(dòng)化率近80%;我國(guó)優(yōu)勢(shì)企業(yè)的自動(dòng)化率接近50%,而不少企業(yè)僅為20%。
在電池技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)方面,高能量密度仍是核心因素。從電池所用正極材料的角度看,日本、韓國(guó)的電池企業(yè)分別在NCM體系、NCA體系、NCMA體系下研發(fā)出超高鎳(鎳含量≥90%)電池,部分企業(yè)宣布即將量產(chǎn)。在我國(guó),蜂巢能源科技股份有限公司突破了NCMA電池技術(shù),但量產(chǎn)工作仍在準(zhǔn)備;磷酸錳鐵鋰電池在保留鐵鋰材料穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上可提升能量密度10%~20%,一些企業(yè)形成了技術(shù)儲(chǔ)備和產(chǎn)能布局;富鋰錳基電池因其容量高、成本低、安全性好的理論優(yōu)勢(shì)而成為潛在發(fā)展方向,浙江遨優(yōu)動(dòng)力系統(tǒng)有限公司已實(shí)現(xiàn)小規(guī)模量產(chǎn)。在電解質(zhì)形態(tài)方面,液態(tài)電池的能量密度(350 W·h/kg)已達(dá)理論極限,發(fā)展方向轉(zhuǎn)為固液混合電池、全固態(tài)電池。國(guó)外企業(yè)的固態(tài)電池研究積累較多,研發(fā)投入力度大,而國(guó)內(nèi)企業(yè)的固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)原始創(chuàng)新及經(jīng)驗(yàn)積累薄弱。
(四)循環(huán)利用端
我國(guó)動(dòng)力電池的循環(huán)利用尚處發(fā)展初期。2020年進(jìn)入了首次動(dòng)力電池規(guī)模化退役階段,累計(jì)退役量約為20萬(wàn)t;但實(shí)際回收量?jī)H為41%,回收再利用鋰資源約為2萬(wàn)t,循環(huán)利用效果不佳。目前,國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池回收體系分為梯次利用、拆解回收再生利用兩個(gè)循環(huán)過(guò)程。當(dāng)動(dòng)力電池余能不足80%后,按照“低功率電動(dòng)車、電網(wǎng)儲(chǔ)能、家庭儲(chǔ)能、報(bào)廢”的先后順序進(jìn)行梯次利用;根據(jù)不同電池的工作特性,磷酸鐵鋰電池因可循環(huán)次數(shù)較多而更適用于梯次利用。政府從規(guī)定回收主體、動(dòng)力電池拆解作業(yè)要求、貯存與安全環(huán)保要求,提高回收企業(yè)門檻、動(dòng)力電池中的鎳鈷錳鋰回收率等多方面著手,發(fā)布了拆解回收再生利用方面的管理辦法;構(gòu)建了新能源汽車國(guó)家監(jiān)測(cè)與動(dòng)力蓄電池回收利用溯源綜合管理平臺(tái),對(duì)汽車用動(dòng)力電池開展全生命周期追溯,實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的來(lái)源可查、去向可追、節(jié)點(diǎn)可控。整體來(lái)看,現(xiàn)有政策缺乏強(qiáng)制性,動(dòng)力電池報(bào)廢后進(jìn)入正規(guī)渠道的回收率仍然很低,產(chǎn)業(yè)秩序有待規(guī)范。
在動(dòng)力電池回收技術(shù)方面,廣東邦普循環(huán)科技有限公司、格林美股份有限公司達(dá)到世界先進(jìn)水平,報(bào)廢電池(包裝完好)中的鋰、鎳、鈷、錳等金屬元素回收率高于現(xiàn)行政策或標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
四、 我國(guó)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展面臨的問(wèn)題
(一)面臨自然環(huán)境、生態(tài)保護(hù)約束,鋰礦擴(kuò)產(chǎn)受到限制
在短期內(nèi),四川省、西藏自治區(qū)等地的鋰資源難以大規(guī)模開發(fā)利用。西藏扎布耶鹽湖平均海拔4422 m,而智利阿塔卡瑪鹽湖,青海察爾汗、東西臺(tái)吉乃爾等大部分鹽湖的海拔均超過(guò)2000 m;海拔高導(dǎo)致溫度低、鹵水蒸發(fā)較慢,基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)困難,較差的地理位置條件制約了潛在生產(chǎn)規(guī)模。因環(huán)境保護(hù)政策等影響,四川省鋰資源擴(kuò)產(chǎn)受到直接限制,雖然多家企業(yè)擁有采礦權(quán),但進(jìn)入正常開采階段的企業(yè)數(shù)量很少。
(二)鋰資源競(jìng)爭(zhēng)態(tài)勢(shì)趨于激烈,海外進(jìn)口風(fēng)險(xiǎn)有所增加
全球碳排放約束日趨嚴(yán)格,各國(guó)重視本國(guó)鋰及其下游供應(yīng)保障。在美國(guó),提出《能源資源治理倡議》以強(qiáng)化與資源豐富國(guó)家的礦業(yè)開發(fā)合作,實(shí)施《美國(guó)供應(yīng)鏈行政令》以針對(duì)大容量電池等產(chǎn)品開展供應(yīng)鏈調(diào)查,成立能源部礦產(chǎn)資源可持續(xù)發(fā)展司以保障鋰礦供應(yīng)鏈安全,發(fā)布《2021—2030年美國(guó)鋰電池國(guó)家藍(lán)圖》來(lái)促進(jìn)鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈投資。歐盟以多元化方式擴(kuò)大海外鋰礦供應(yīng)來(lái)源、降低供應(yīng)鏈安全風(fēng)險(xiǎn),建立本土電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)并加強(qiáng)二次利用??梢钥闯?,鋰礦的供不應(yīng)求態(tài)勢(shì)將進(jìn)一步加劇各國(guó)對(duì)鋰資源的爭(zhēng)奪;隨著國(guó)際形勢(shì)緊張化,我國(guó)鋰資源進(jìn)口高度依賴單一國(guó)家,潛在的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)有所顯現(xiàn)。
(三)正極材料、電解液等核心專利因布局較晚而成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展短板
正極材料是鋰動(dòng)力電池生產(chǎn)的關(guān)鍵,而三元正極材料相關(guān)核心專利由美國(guó)3M公司等掌握,國(guó)內(nèi)外主流企業(yè)都需要購(gòu)買專利授權(quán);磷酸鐵鋰正極材料核心專利已被加拿大魁北克水電公司申請(qǐng);電解液、隔膜基礎(chǔ)的專利也被日本、韓國(guó)企業(yè)注冊(cè)。我國(guó)企業(yè)開展關(guān)鍵材料的專利布局較晚,專利內(nèi)容集中在功能、應(yīng)用層面(如在配方比例上作調(diào)整和改良),在原始創(chuàng)新專利方面落后較多。國(guó)外企業(yè)依托其原始專利,逐步在鋰電關(guān)鍵材料方面構(gòu)筑起專利“屏障”,不可避免地導(dǎo)致我國(guó)企業(yè)在參與國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)時(shí)處于劣勢(shì)地位;國(guó)外企業(yè)構(gòu)建的專利布局不僅主導(dǎo)了利潤(rùn)率最高的技術(shù)環(huán)節(jié),相應(yīng)技術(shù)體系也愈發(fā)難以規(guī)避。
(四)關(guān)鍵材料及電池技術(shù)與國(guó)際先進(jìn)水平存在差距,新興方向積累不足
雖然我國(guó)電池生產(chǎn)材料的產(chǎn)能規(guī)模居于世界前列,但高端產(chǎn)品與國(guó)外企業(yè)仍有差距。在高鎳三元正極材料方面,日本、韓國(guó)企業(yè)研發(fā)起步早,技術(shù)成熟度高,國(guó)內(nèi)企業(yè)的產(chǎn)品性能、生產(chǎn)工藝相比之下存在差距;部分高性能正極材料前驅(qū)體、電池電解液功能添加劑等,仍部分依賴進(jìn)口。國(guó)內(nèi)電池企業(yè)在單體電池的能量密度、制造精度、溫度適應(yīng)范圍等方面較國(guó)際市場(chǎng)先進(jìn)水平存在一定差距。此外,受基礎(chǔ)研發(fā)不足因素制約,我國(guó)關(guān)鍵材料與電池技術(shù)體系的發(fā)展后勁不足,突出表現(xiàn)在新一代全固態(tài)電池方向的研發(fā)布局明顯滯后于日本豐田汽車公司等優(yōu)勢(shì)企業(yè),可能導(dǎo)致新興方向的技術(shù)與產(chǎn)品差距繼續(xù)拉大。
(五)廢舊動(dòng)力電池資源二次回收體系不完備,產(chǎn)業(yè)秩序有待規(guī)范
我國(guó)新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅速,未來(lái)動(dòng)力電池退役量將快速增長(zhǎng)。中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司研究數(shù)據(jù)表明,2025年我國(guó)動(dòng)力電池累計(jì)退役總量將比2020年增長(zhǎng)近4倍。充分利用二次資源是緩解資源供應(yīng)緊張的重要手段,但目前鋰動(dòng)力電池回收規(guī)模較小,回收產(chǎn)業(yè)鏈體系尚未建立;回收產(chǎn)業(yè)集中度低,仍處產(chǎn)業(yè)秩序混亂階段。發(fā)布的動(dòng)力電池回收管理辦法覆蓋度不足,因小企業(yè)分布分散而加大了監(jiān)管難度。二次利用生產(chǎn)過(guò)程中分解出的氫氟酸和其他含氟化合物,相應(yīng)的運(yùn)輸、處置可能對(duì)環(huán)境產(chǎn)生腐蝕性和毒性,潛在的生態(tài)環(huán)保問(wèn)題不容忽視。退役電池檢測(cè)沿用車用動(dòng)力電池標(biāo)準(zhǔn)、檢測(cè)時(shí)間與資金成本高、電池殘值評(píng)估技術(shù)及人才儲(chǔ)備不足等,也是回收產(chǎn)業(yè)優(yōu)質(zhì)發(fā)展的阻礙。
五、我國(guó)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展目標(biāo)和發(fā)展路徑
(一)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展目標(biāo)
圍繞國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略需求,提升產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)能力和產(chǎn)業(yè)鏈水平。強(qiáng)化國(guó)內(nèi)資源保障能力并提高資源綜合利用水平,加強(qiáng)海外不同區(qū)域的資源開發(fā)合作,在合理利用國(guó)內(nèi)國(guó)際兩種資源的基礎(chǔ)上進(jìn)行“雙循環(huán)”。加大科技研發(fā)投入,開展前沿科技研究,推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同創(chuàng)新,提高資源循環(huán)利用水平,保障我國(guó)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力全球領(lǐng)先。
1. 2025年目標(biāo)
在資源端保持勘查投入,平穩(wěn)提升國(guó)內(nèi)供應(yīng)能力,促進(jìn)資源綜合利用水平提高。鼓勵(lì)企業(yè)與各國(guó)開展資源勘查與開發(fā)合作,多元化海外進(jìn)口來(lái)源、鋰資源開發(fā)種類,合理降低鋰資源進(jìn)口的集中度。在冶煉加工端,逐步降低生產(chǎn)能耗、提升智能化工廠比例。在材料和產(chǎn)品端,優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),增強(qiáng)國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,將高端產(chǎn)品占比由當(dāng)前的約25%提升至40%以上。合理增加科技研發(fā)投入,梳理并解決“卡脖子”技術(shù),縮小新一代電池方向的國(guó)內(nèi)外技術(shù)差距。改善循環(huán)利用管理水平,構(gòu)建動(dòng)力電池回收系統(tǒng)全國(guó)統(tǒng)一平臺(tái),使得報(bào)廢動(dòng)力電池回收率在95%以上,有色金屬回收率全面達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
2. 2035年目標(biāo)
資源端綜合利用水平大幅提升,鋰資源來(lái)源分散多樣,供應(yīng)緊張局面顯著緩解,采選技術(shù)水平穩(wěn)步增強(qiáng)。冶煉加工產(chǎn)業(yè)規(guī)模適度,實(shí)現(xiàn)較高程度的自動(dòng)化、智能化、綠色化生產(chǎn)。在材料和產(chǎn)品端,國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力保持領(lǐng)先,高端產(chǎn)品占比不低于70%;全產(chǎn)業(yè)鏈科技協(xié)同創(chuàng)新的效應(yīng)凸顯,基礎(chǔ)研發(fā)能力與原創(chuàng)理論水平顯著提升,關(guān)鍵技術(shù)體系達(dá)到世界先進(jìn)水平。資源循環(huán)利用體系成熟完善,報(bào)廢動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)全面有序的回收利用,有價(jià)金屬回收率進(jìn)一步提升,支撐鋰資源“國(guó)內(nèi)大循環(huán)”。
(二)鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展路徑
1. 多維度出發(fā),構(gòu)建安全穩(wěn)定的資源供應(yīng)體系
加大國(guó)內(nèi)找礦力度,提高鋰礦勘查區(qū)塊投放數(shù)量;著眼合理、有序、環(huán)保,推進(jìn)國(guó)內(nèi)鋰資源開發(fā)利用,提高國(guó)內(nèi)鋰資源供應(yīng)能力,保障國(guó)內(nèi)資源供給。
從多元化進(jìn)口來(lái)源、多元化鋰資源供給種類兩方面,提高鋰資源供應(yīng)的穩(wěn)定度。關(guān)注國(guó)際鋰資源勘查和生產(chǎn)的新動(dòng)向,主動(dòng)謀劃從多個(gè)來(lái)源地進(jìn)口鋰資源以分散進(jìn)口來(lái)源地。推進(jìn)富鋰黏土等資源類型作為新供應(yīng)來(lái)源的規(guī)?;a(chǎn),豐富鋰資源的供應(yīng)種類。
加強(qiáng)鋰資源儲(chǔ)備工作,包括產(chǎn)品儲(chǔ)備、礦產(chǎn)地儲(chǔ)備:對(duì)于前者,適當(dāng)儲(chǔ)備初級(jí)、高純級(jí)鋰鹽,重點(diǎn)儲(chǔ)備國(guó)內(nèi)生產(chǎn)能力不強(qiáng)的關(guān)鍵材料類型;對(duì)于后者,將開發(fā)條件較差、短期內(nèi)難以開采利用的礦山納入礦產(chǎn)地儲(chǔ)備名錄。
加快動(dòng)力電池回收管理體系構(gòu)建,提升二次鋰資源供應(yīng)能力。合理提高二次回收市場(chǎng)的集中度,提高回收企業(yè)的基礎(chǔ)門檻;將相關(guān)回收政策提升至法律層面,依法實(shí)施并加強(qiáng)監(jiān)管,確?;厥掌髽I(yè)規(guī)范建立動(dòng)力電池生命周期追溯系統(tǒng);健全退役動(dòng)力電池檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)體系,保障廢舊鋰電池回收利用的規(guī)范有序,實(shí)質(zhì)性提升資源利用效率。
2. 攻關(guān)關(guān)鍵材料和電池新技術(shù),強(qiáng)化鋰電技術(shù)體系和人才儲(chǔ)備
在現(xiàn)有鋰電池技術(shù)體系的基礎(chǔ)上,發(fā)展超高鎳低鈷 / 無(wú)鈷多元正極材料、新型鐵鋰正極材料及相應(yīng)的單體電池,具備大規(guī)模量產(chǎn)條件。著眼應(yīng)用潛力,積極研發(fā)基于富鋰錳基正極材料、高壓鎳錳尖晶石正極材料的關(guān)鍵材料及其電池;建立要素完整的鋰電技術(shù)體系,營(yíng)造生態(tài)良好的科研環(huán)境。
進(jìn)一步加強(qiáng)半固態(tài)電池電解質(zhì)技術(shù)研發(fā),以此為技術(shù)過(guò)渡并增強(qiáng)基礎(chǔ)研究理論,為全固態(tài)電池理論研究與技術(shù)創(chuàng)新提供堅(jiān)實(shí)條件。著眼全固態(tài)電池材料體系,積極開展國(guó)際專利布局,形成高能量密度、高安全性的新一代電池技術(shù)體系的自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)與自主產(chǎn)品應(yīng)用。
3. 圍繞關(guān)鍵材料與產(chǎn)品實(shí)施創(chuàng)新,帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)協(xié)同發(fā)展
在資源端,持續(xù)推進(jìn)自動(dòng)化采礦裝備、高速通信網(wǎng)絡(luò)、智能生產(chǎn)管理系統(tǒng)平臺(tái)等的配置與應(yīng)用,對(duì)礦山生產(chǎn)對(duì)象和過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化、智能化監(jiān)控;進(jìn)一步提升充填采礦法的應(yīng)用比例,保持綠色、無(wú)廢化發(fā)展。針對(duì)礦石類資源,開展分選前的預(yù)富集工藝與新型高效預(yù)選設(shè)備的研發(fā)及應(yīng)用,保障選礦回收率提升目標(biāo);加大礦石浮選藥劑研發(fā)力度,重點(diǎn)開發(fā)高效環(huán)保、耐低溫、選擇性強(qiáng)的新型捕收劑。針對(duì)鹽湖類資源,進(jìn)一步優(yōu)化各類提取工藝所需關(guān)鍵藥劑(如沉淀劑、萃取劑等),發(fā)展適合國(guó)情的低成本、高效率、綠色環(huán)保的鹽湖提鋰技術(shù)工藝。
在冶煉加工端,全面實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的全流程自動(dòng)化控制;提升化學(xué)計(jì)量精準(zhǔn)度,降低能源與輔材消耗強(qiáng)度,提高產(chǎn)品性能的穩(wěn)定性及一致性;積極實(shí)施政策引導(dǎo),規(guī)范鋰鹽加工企業(yè)準(zhǔn)入條件,出臺(tái)加工廠綠色生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn),優(yōu)化行業(yè)產(chǎn)能結(jié)構(gòu)。
在循環(huán)利用端,提高機(jī)械化作業(yè)程度,強(qiáng)化不同廢舊動(dòng)力電池的分類管理,提高有價(jià)金屬的回收率;著力提升電解液等回收難度大、經(jīng)濟(jì)價(jià)值低的關(guān)鍵材料綜合回收利用水平,發(fā)展短流程、閉路循環(huán)的回收工藝,實(shí)施回收過(guò)程中的廢液無(wú)害化管理并降低污染物排放強(qiáng)度。
六、對(duì)策建議
(一)注重頂層設(shè)計(jì)的完備性,形成全產(chǎn)業(yè)鏈一體化管理模式
建議相關(guān)部委牽頭,組建國(guó)家鋰電產(chǎn)業(yè)鏈管理協(xié)調(diào)小組,鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的重點(diǎn)企業(yè)密切配合。該小組負(fù)責(zé)掌握我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)發(fā)展態(tài)勢(shì),參與相關(guān)政策的制定、實(shí)施及評(píng)估,明確已建成重點(diǎn)平臺(tái)的實(shí)施情況、各環(huán)節(jié)發(fā)展制約因素等;密切關(guān)注國(guó)際產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)的技術(shù)發(fā)展動(dòng)態(tài)、發(fā)布的政策措施、推出的重大平臺(tái)等,適時(shí)開展研討,剖析國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈短板及管理缺陷;有效整合資源并集中力量實(shí)施產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)節(jié)突破,及時(shí)“補(bǔ)鏈”“強(qiáng)鏈”,形成全產(chǎn)業(yè)鏈一體化的高效管理模式。
(二)合理加大資金支持力度,促進(jìn)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究水平互促提升
建議成立國(guó)家鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展基金,針對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)研究需求,持續(xù)性地給予投入支持;針對(duì)扶持項(xiàng)目,科學(xué)制定符合基礎(chǔ)研究特點(diǎn)的評(píng)價(jià)與考核機(jī)制,實(shí)行半彈性化、長(zhǎng)周期的評(píng)估制度,適當(dāng)降低評(píng)估頻率并精準(zhǔn)實(shí)施分類評(píng)價(jià),兼顧資金使用效率與激發(fā)創(chuàng)新活力。同步支持針對(duì)重點(diǎn)先進(jìn)材料和鋰電技術(shù)應(yīng)用的創(chuàng)新研究資源需求,鼓勵(lì)行業(yè)龍頭企業(yè)牽頭項(xiàng)目申報(bào),逐步積累研發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究的協(xié)調(diào)、連貫、互促。
(三)鼓勵(lì)上、下游環(huán)節(jié)的企業(yè)開展合作,增強(qiáng)產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同效應(yīng)
建議國(guó)家鋰電產(chǎn)業(yè)鏈管理協(xié)調(diào)小組牽頭,搭建鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)交流平臺(tái),鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)加入;配套鼓勵(lì)政策,定期開展線下交流,促進(jìn)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈上、下游企業(yè)之間的技術(shù)交流與產(chǎn)業(yè)合作。注重上、下游企業(yè)的技術(shù)銜接與配套,促進(jìn)上、下游企業(yè)開展生產(chǎn)技術(shù)合作,形成密切合作、協(xié)同創(chuàng)新、共生發(fā)展的產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)。
(四)強(qiáng)化“產(chǎn)學(xué)研”合作,培育產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)合型科技人才
依托高校教育資源優(yōu)勢(shì),強(qiáng)化鋰及其下游動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈的學(xué)科體系建設(shè),對(duì)照產(chǎn)業(yè)需求開展專業(yè)交叉融合,精準(zhǔn)培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)鏈復(fù)合型的技術(shù)與管理人才。依托國(guó)內(nèi)不同區(qū)域的鋰資源稟賦,圍繞地質(zhì)與環(huán)境、開發(fā)工程技術(shù)、資源綜合利用等方向,重組和優(yōu)化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,保障產(chǎn)業(yè)鏈上游基礎(chǔ)研究需求,匹配應(yīng)用研究發(fā)展創(chuàng)新需要。鼓勵(lì)科研院所、高校積極實(shí)施技術(shù)成果轉(zhuǎn)化,支持企業(yè)研發(fā)中心與相關(guān)機(jī)構(gòu)開展深度合作,促進(jìn)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向的“產(chǎn)學(xué)研”合作及成果產(chǎn)出。
原標(biāo)題:中國(guó)鋰及動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展前景