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中国、日本、韩国电池技术和产业发展战略态势分析

2023-03-15 13:25来源:储能科学与技术作者:史冬梅 王晶关键词:电池技术动力电池新能源汽车收藏点赞

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摘 要 当前全球动力电池市场中,中国、日本、韩国三国占据了超过90%的市场份额。自2020年以来,我国动力电池行业呈现出持续增长的趋势,而韩国、日本动力电池的份额持续下降。随着全球电动汽车市场的快速扩张以及欧美布局电池技术和产业,未来全球电池行业的竞争将越发激烈。本文介绍了韩国、日本政府为应对新的竞争局势,出台的电池技术和产业发展战略和措施,以及韩国、日本主要电池企业和汽车企业加大电池产业和技术投入、扩大市场方面的发展现状,梳理和分析了韩国、日本电池技术和产业发展态势,其新战略实施将对韩国、日本本国电池产业技术提升、创新生态建设、供应链安全、拓展全球市场起到积极作用。本文总结了近年来我国电池领域的国家政策、技术和产业发展特色,提出韩国、日本电池领域新战略举措对我国电池技术和产业发展的影响、启示及相关对策建议。

新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》指出,“发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路,是应对气候变化、推动绿色发展的战略举措”。动力电池作为新能源汽车以及储能领域的核心技术,被认为是交通运输、能源等领域碳减排的关键推动因素,有助于我国实现清洁能源转型和脱碳目标以及应对全球气候变化的挑战。

2015年以来,在新能源汽车产业迅速发展和“双碳”目标等的带动下,我国动力电池产业取得了快速的发展,并在全球电池市场占据领先地位。在全球电池市场中,中国、韩国、日本三个国家占据了90%以上的市场份额,形成了三足鼎立的局面。2022年1~8月,在全球动力电池装机量前十名企业中,中国企业有6家,共占58.2%的市场份额;韩国企业3家,日本企业1家,日韩企业合占33.4%的市场份额;欧洲和美国占较少的份额,约为2%。中国电池企业的市场份额持续增长,而日韩电池企业的市场份额呈现下降趋势,LGEnergy Solution(排名第二,以下简称LGES)市场份额从2021年的22.3%下滑至13.7%;松下能源(排名第四)市场份额从14.1%下滑至8.4%;三星SDI(排名第六)市场份额从5.5%下滑至4.9%;仅SKOn(排名第五)市场份额从5.7%上升至6.4%。

近年来,为了提高本国电池产业竞争力,韩国、日本政府纷纷制定了电池技术和产业发展战略和扶持政策,日韩两国的电池企业和汽车企业也纷纷加大电池技术和产业的投资,以巩固全球市场份额。

1 韩国电池技术和产业发展战略及态势

近年来,韩国动力电池规模位居全球第二;在全球动力电池装机量前十名的企业,韩国占据3家,包括LGES、SK On以及三星SDI,然而三家韩国动力电池企业的市场占有率自2020年以来呈现出连年下滑的趋势。为了应对全球动力电池市场的激烈竞争以及欧美电池政策所带来的市场格局变化,韩国在2021年确定了“电池技术是将韩国经济转变为领先经济的核心驱动力”,并在2022年明确了“到2030年,韩国将占据全球40%的电池市场份额,成为全球第一电池大国”的目标。韩国政府通过“2030二次电池产业(K-电池)发展战略”“充电电池产业革新战略”等战略措施,加大了对电池产业的投资,构建韩国本土电池生态系统并推动电池供应链的本土化,推动本土电池市场内需增长;此外,韩国电池企业加大与美国汽车公司合作力度,纷纷在美国建厂扩大产能,同时加速材料自产,积极开展低成本等电池技术开发,提高韩国企业在全球市场的占有率。

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1.1 韩国政府电池产业战略举措

2021年7月,韩国发布了“2030二次电池产业发展战略”(以下简称K战略),战略对韩国本土电池行业的发展现状以及全球电池行业格局趋势进行了分析,认为电池行业具有技术密集型、受供应链影响较大和以消费者为导向的特点,需要持续的研发投入来引领技术方向。2022年11月,韩国政府进一步发布了“充电电池产业革新战略”(以下简称革新战略),指出尽管当前全球经济低迷,但电池市场规模受电动汽车扩张带动,未来将快速扩张;韩国应将动力电池作为提升其出口竞争力的核心产业,并确定了“通过在电池产业领域持续努力,来增强全球领导力”的路线。韩国政府的具体策略包括:通过公私合作,支持大规模电池研发;培育韩国本土电池生态体系,稳定电池供应链;创造公共/私人消费市场,刺激中小企业和初创企业的研发,确保韩国电池产业生态系统以及全球份额的稳定增长。

(1)政企加大电池技术和产业投资,确保韩国 具有技术领先优势

围绕下一代动力电池技术,韩国政府将拉动公私合作,支持大规模电池研发。K战略中,韩国政府对研发路线进行了规划,主要围绕新一代电池制造技术以及实现全固态电池、锂硫电池、锂金属电池的商用化,如表2所示。

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为了尽早掌握新一代二次电池技术,推进新一代动力电池的大规模研发,韩国政府计划到2030年至少投入40.6万亿韩元(348亿美元)的私人投资,通过大规模的政府研发初步可行性研究等来扩大对优先技术的支持。通过研发、税收和财政支持,一半以上投资将用于电池设施,包括生产线升级;20.1万亿韩元将用于研发。参与投资的私营企业包括韩国电池制造商三星SDI、SK ON、LG化学及其全资电池公司LGES。LG化学及LGES计划到2030年共在韩国进行15.1万亿韩元的电池投资,LGES将投资12.4万亿韩元用于扩大韩国产能和开发下一代电池技术,LG化学计划投资2.7万亿韩元用于支持电池研发。

为了获得新一代二次电池用辅元件技术,韩国政府将通过推进下一代零部件、材料和设备技术的开发,开发下一代原始技术(锂金属-空气电池、多离子电池等),推进基于有机物的新概念电池等革新技术的进步,以及建立“下一代电池园”,保证二次电池的部件、材料及设备元件技术安全。为了确保韩国在锂离子电池技术领域的绝对竞争力,韩国将通过开发高性能材料以及提高低碳、数字化、智能化制造工艺效率等实现锂离子电池的高性能行驶里程(450~600公里以上)和长寿命(充放电次数500~1000次以上)。

(2)打造全球领先基地,建立健全韩国动力电池生态系统

尽管韩国在动力电池技术方面处于领先地位,但韩国的动力电池面临着供应链不稳定的风险。在供应链方面,韩国锂离子电池所需的关键材料(阴极、阳极、隔膜和电解质)以及零部件高度依赖中国和日本进口,后两者共同占据了全球阴极市场的70.2%。面对日益剧增的竞争压力和供应链危机,韩国政府以及韩国电池企业都亟需更加稳定、安全以及多元化的供应链。

为此,在K战略中,韩国政府将通过培育中小型核心企业、培养二次电池专业人才以及制定应对全球竞争和发展趋势的制度,来打造韩国动力电池生态系统。在“革新战略”中,韩国政府与韩国电池企业将构建“电池联盟”,联盟由韩国本土电池制造商、材料供应商、精炼企业等供应链中各环节的主要企业与韩国政府机构共同组成,保证韩国电池核心矿物的供应。

韩国政府将为相关材料研发提供高达50%的减税,高于目前的40%;为基础设施投资提供高达20%的减税,高于目前的12%。通过支持韩国私营公司参与矿山开发项目,探索原材料、基础材料技术的联合研发,韩国政府将确保原材料安全,提高材料生产能力,并建立安全、稳定的二次电池供应链。

为了推动电池材料、零部件和设备生产,政府将设立电池研发创新基金。在现有的由韩国政府出资300亿韩元所支持的技术创新专业基金的基础上,LGES、三星SDI、SK ON三大电池企业将出资200亿韩元,与其他民间投资300亿韩元共同形成800亿韩元的研发创新基金,用来扶持中型骨干企业及中小企业的电池研发项目。通过创建材料、零部件、设备专业综合体作为关键增长基地,指定为国家战略技术扩大税收优惠,加强财政支持,即创建K电池优惠支持计划,韩国政府将培养材料、部件和设备方面的关键公司。

在电池生态系统中,韩国政府高度重视人才培养,将每年培养1100名以上符合电池行业需求的专业人才,在国立大学以及地方重点大学的能源、电子电气等学科打造电池相关学科教职长聘制度,从而确保韩国动力电池生态系统的需求。同时,韩国政府将加强制度基础建设,包括有效管理国家关键技术、扩大二次电池规格、制定生命周期碳排放标准、建立二次电池行业统计体系等,从而为有效应对全球趋势奠定体制基础。

(3)创建公共/私人需求市场,振兴韩国电池市场随着中国电池企业在全球电池市场的扩张,以及新兴企业的加入,韩国在全球电池市场的份额将受到挤压。通过K战略及革新战略的实施,韩国将借助提升韩国本土生产能力以及增加本土需求来扩大其电池产业规模。

在K战略和革新战略的推动下,韩国政府部门与企业组成的“电池联盟”将共同提高对韩国本土基础设施的投资,预期在2025年达到60 GWh,并在2030年实现占据全球市场份额40%的目标。韩国将在全国4个地区(泗洪、大邱、正午、洪城)建立萃取中心基地,并设立二次电池使用后产业化中心(济州、那州、蔚山、鄱阳湖),支持商业化,振兴韩国二次电池市场。

在扩大内需方面,韩国政府通过借助增加公共需求以及扩展电池应用市场来增加内需基础。公共需求包括公共储能系统、公共船舶等,韩国政府将在2021—2025年期间创建2.2 GWh的公共储能系统市场,并在2030年之前对公共船舶进行转换,预计有388艘公共船舶转换为电动或混合动力船舶。此外,韩国政府将积极拓展动力电池在航空、船舶、火车等场景的应用,如K战略中明确将对使用电动挖掘机进行补贴,每台补贴1200万~2000万韩元

为了给动力电池新服务创造环境,韩国将进一步发现并培育与电池相关的服务行业,包括利用二次电池数据的新行业、建立“电动汽车零部件数据平台”以及继续进行二次电池租赁试点项目。

(4)巩固和提高韩国电池的全球市场份额

韩国政府预计,随着韩国电池产能的进一步扩大和电池生态系统的建立,韩国电动汽车电池的收益将增加6倍,从2020年的22.7万亿韩元增加到2030年的166万亿韩元。届时,韩国将占据全球电池市场的40%。同期,韩国电池材料、零部件和设备供应商的收入预计将增加13倍,从4.3万亿韩元增长至60万亿韩元,占全球市场份额的20%;电动汽车电池的出口预计从70亿美元增长至200亿美元。

1.2 加大与美国汽车企业合作,但面临新的机遇和挑战

尽管LGES,SK ON以及三星SDI的市场占有率位居全球动力电池装机量前十,但近年来三家企业全球市场占有率呈现持续下滑趋势,2020年为34.7%,2021年为30.4%,2022年1~8月为25%。2022年,美国出台了《通胀削减法案》,规定电动汽车的电池和电池材料必须由美国制造。韩国企业正在抓住机会,加快开发能量密度更高的动力电池,并积极在美国投资建厂,以实现电池所需矿物原材料供应的多元化以及应对美国新政三星SDI、SK On以及LGES等公司正在引领电池材料生产和组装领域的巨变。

(1)三家韩国动力电池加大与美国车企的合作,纷纷在美建厂扩大产能

全球汽车行业加速电气化转型之际,韩国各大电动汽车电池生产商纷纷选择确立了雄心勃勃的海外发展计划。韩国电池终端市场高度依赖北美市场,加之拜登政府政策的扶持及美国《通胀削减法案》的影响,LGES、三星SDI和SK On三大电池公司加大与美国汽车企业的紧密合作,加快在美国建立电池工厂,至2026年预计合建11家电池工厂。

LGES计划在美国建立6个电池生产基地。LGES与通用汽车成立了合资电池企业Ultium Cells。Ultium Cells正在俄亥俄州、田纳西州建立2家电池工厂,规划产能均在35 GWh以上,并计划于2025年在密歇根州建立第3家工厂,规划产能超过50 GWh。2022年8月,LGES联合日本车企巨头本田宣布,将会在美国共同出资44亿美元建造产能达到40 GWh生产动力电池的工厂。LGES的投资将主要用以支持美国电动车用和其他电动工具用的圆柱形电池需求。

SK On的投资主要围绕福特汽车和大众汽车的需求,在美国共建立4个电池工厂,与福特汽车的合资企业Blue Oval SK在肯塔基州和田纳西州建设电池工厂总产能达129 GWh,预计2025年投入使用,在佐治亚州建设2家工厂,总投资高达3万亿韩元。三星SDI与汽车制造商Stellantis成立了合资企业,该企业计划于2025年开始在美国生产电动车电池和模块,建成后的年产能将达到23 GWh,三星SDI有意将其扩大到40 GWh。

(2)美国《通胀法案》鼓励韩国企业与美国合作,但韩国企业也受到美国共享技术的霸凌

2022年8月,拜登政府签署了总价值为7500亿美元的《2022通胀削减法案》,为每辆电动车提供了7500美元的税收抵免。根据法案,从2023年起执行原材料40%和电池组件50%的最低占比的限制条款。即一款电动车若想拿到7500美元补贴中的一半,其动力电池核心材料必须来自美国或与美国签署自由贸易协定(FTA)的国家;若想拿到另一半,其所用动力电池的主要零部件产自北美的比例至少要达到50%。

在此政策鼓励下,韩国电池企业纷纷与美国车企进行合作,扩大韩国企业在美国建立电池及电池材料企业的投资规模。然而,美国车企以确保电池安全为由,要求电池企业共享电池相关技术,对韩国电池企业也带来冲击。如通用汽车直接以确保电池安全为由,要求LG新能源交出与稳定性直接相关的电池输出相关实验数据。美国福特在与SK On协商电池合资计划时,要求共享电池密度相关技术。

(3)受到韩国政府国家核心技术和尖端产业保护的限制

近年来,韩国政府为了保护尖端产业竞争力,出台了系列的措施,决定将半导体、电池等具有全球竞争力的重大技术确定为国家核心技术。2022年8月,韩国将实施《国家尖端战略产业竞争力强化和保护相关特别措施法》,防止尖端技术外流,认为如果这些技术流向海外,将会对韩国产业和国家安全产生负面影响。

2022年9月韩国产业通商资源部拒绝批准韩国L&F公司在美设立电池材料工厂,理由是防止尖端技术外流生产。L&F公司是制造电动汽车电池用高镍NCM(镍、钴、锰)材料等的企业,如果L&F不能进入美国,使用其材料的特斯拉等美国车企也将很难得到电动汽车补贴。L&F将需要提出技术保护措施进行重新申请。

1.3 电池企业加速材料自产,积极开展低成本等电池技术开发

(1)三大电池巨头加速材料自产,确保电池供应链安全

在经济低迷以及新冠疫情影响下,韩国电池行业面临着全球原材料价格上涨所带来的供应链危机。韩国电池产业的四大关键材料对外依存度分别为:负极47.2%、正极80.8%、隔膜69.5%、电解液66.5%。其对中国镁、稀土、锂等重要材料的依赖度超过80%,对俄罗斯和乌克兰的氪、氙、钯等材料的依赖度超过30%。如韩国2022年上半年从中国进口电池关键原材料——氢氧化锂增长了404%,对中国进口依赖度83.2%。为了尽量减少对中国矿产和材料在供应链上的依赖,韩国加速材料企业的布局。2022年1月,LGES的母公司LG化学计划在韩国新设动力电池正极材料工厂,每年生产规模为6万吨;2021年10月SK创新旗下SKIE Technology在波兰建成锂电池隔膜厂,年产量为3.4亿平方米;三星SDI旗下子公司STM与EcoPro EM合作推动NCA正极材料自主生产,预计年产量3.6万吨。

(2)积极推进低成本高锰电池的开发,提高市场占有率

韩国三大电池企业为了降低电池成本,正在积极推进高锰电池的开发,高锰电池比现有三元锂电池(NCM)产品便宜,能量密度接近,价格预计比磷酸铁锂电池贵10%左右,性能上领先于磷酸铁锂电池。但目前锰电池还处于产品开发阶段,不能保证商用化时间。对于技术开发最积极的LGES来说,产品上市的目标时间定在2024年。但韩国国内电池企业的锰、锂大部分依赖中国企业,锰90%以上来自中国,也受到原料的影响。

2 日本电池技术和产业战略发展态势

自20世纪80年代开始,日本政府的产业技术综合机构NEDO对锂离子电池研发给予了长期稳定的支持,并制定了动力电池研发路线图和行动计划,着重对锂离子动力电池单体、模块、标准、评价及关键原材料进行研发攻关。日本在锂电池技术上取得了巨大突破,促成了锂电池的商业化。1991—2005年,日本垄断了相关技术并获得了巨大利润。近年来,日本将氢能燃料电池汽车作为新能源汽车的发展重点,导致日本的锂电池发展受到了影响,日本动力电池的全球市场份额从2015年的40%下降至2020年的21%以及2021年的低于20%,在与中国和韩国的竞争中失去了市场份额,目前位居全球第三。

伴随着全球新能源汽车的快速发展,为了应对迅速扩张的全球动力电池市场以及扭转当前在动力电池市场上处于相对劣势的局面,日本再次把发展动力电池提上日程,通过明确电池产业发展路线及目标,扶持电池技术快速发展,以及成立电池供应链协会促进企业联合,增强日本电动汽车行业在全球的竞争力。

2.1 日本政府对电池产业的战略规划

2020年12月,日本政府推出《2050碳中和绿色增长战略》(以下简称“增长战略”),明确了“到2050年实现碳中和目标,构建零碳社会,以及实现90万亿日元(8700亿美元)绿色GDP”的整体目标,并为汽车和蓄电池产业的发展提出目标和任务。2021年10月,日本第六次更新其中长期政策指针《能源基本计划》,明确可再生能源的“最优先性”,并将2030年可再生能源发电所占比例从此前的22%~24%提高到36%~38%。2022年9月,日本电池产业战略研究公私理事会发布《电池产业战略》(以下简称“产业战略”),明确电池产业发展思路并提出相关举措,提出到2030年建立150 GWh/年的国内制造基地,全球生产能力达600 GWh/年,以提高日本电池产业竞争力。

(1)日本电动汽车及电池产业现状及发展目标

随着纯电动汽车市场的发展,车用电池市场规模快速增长。日本凭借技术优势在早期占据了电池产业市场,但随着中国及韩国电池企业的不断抢占市场份额,日本已处于落后位置。在电池供应链上,日本电池组件也正在失去竞争力,原材料、电池制造等对外依赖的风险增加。在电池材料竞争力上,日系材料在质量、市场份额方面占优势,然而,中国具有成本优势且材料质量也后来居上。在原材料供应上,全球电池供应链上的原材料储量和产量集中在澳大利亚、刚果等,中游精炼生产集中在中国,日本的石墨材料依赖中国进口。在电池形态上,目前液态锂电池仍是主流,日本在备受关注的新一代全固态锂电池上技术水平一直处于领先。

为了实现2050碳中和目标以及提升日本电池产业竞争力,日本经济产业省发布了“增长战略”,对日本蓄电池产业规划了发展目标。发展目标包括,到2030年实现新车销量全部转变为纯电动汽车和混合动力汽车并实现汽车全生命周期的碳中和,以及到2050年将替代燃料的经济性降到比传统燃油车价格还低的水平。为此,日本政府将制定更加严格的车辆能效和燃油指标,加大电动汽车公共采购规模,扩大充电基础设施部署,出台燃油车换购电动汽车补贴措施,大力推进电化学电池、燃料电池和电驱动系统技术等领域的研发和供应链的构建,利用先进的通信技术发展网联自动驾驶汽车,推进碳中性替代燃料的研发降低成本,以及开发性能更优异但成本更低廉的新型电池技术。

(2)日本电池产业发展思路

到目前为止,日本电池产业主要集中投资全固态电池技术开发,而液态锂电池技术竞争力则完全被中国和韩国企业赶超,在全固态锂电池实现应用前,液态锂电池企业存在着被淘汰的风险。因此,“产业战略”为未来日本电池产业设定了具体的发展方向和思路。

在技术路线上,“产业战略”明确将占领新一代电池市场。日本将通过加快技术开发,率先实现全固态电池等下一代电池技术的商业应用,稳步占领下一代电池市场。其目标是到2030年左右实现全固态锂电池的正式商业化应用。

此外,“产业战略”明确了“加强液态锂电池投资”的发展方向。与韩国政府大力推动公私联合不同的是,在重新审视日本政府以往的电池战略,产业战略明确将不再依靠私营部门。日本政府将大规模投资液态锂电池以支持产业链上游发展,保障日本国内的制造基础。其目标将“增长战略”中“从目前的20 GWh/年左右,提高到2030年国内电池制造能力到100 GWh/年”的目标提升为“150 GWh/年”。

在全球竞争力方面,日本同样提出了“提升全球产业竞争力”的发展方向。在现有的电池技术基础上,日本将维持和强化全球市场的竞争水平,并战略性地开展海外扩张。从标准化及国际影响力等角度出发,日本电池厂商的全球产能将从目前的60~70 GWh/年提高至2030年的600 GWh/年,全球市场份额将提高至20%。

(3)日本电池产业发展举措

为实现以上发展方向和目标,“产业战略”制定了7个方面的具体行动举措,建设和提升日本本土的电池产业生态环境。

①扩大国内基础设施一揽子政策

日本将建立国内电池材料制造基础,实施投资1000亿日元基础促进政府和民间合作,加强对尖端制造工艺投资力度,推进低成本、高附加值等电池系统一体化探索研究。此外,日本将对电池控制系统进行升级,在控制系统技术开发和实证应用的同时,建立多用途评估方法以适应市场需求。

②构建全球联盟和全球标准。

通过建立全球电池产业联盟,开展材料保障、研究开发、回收利用等方面合作,打造安全可持续的电池全球供应链。通过建立全球产业融资体系,日本将发挥先进制造工艺和安全优势,利用国内先进制造企业,实施海外投资,培育一批电池企业。日本政府还将推动制定国际规则,参与甚至主导电池可持续发展国际讨论,建立全球安全性功能性标准。通过拓展电池系统海外市场,推广解决方案以及推广电池新用途,日本将探索船舶、飞机、农机以及V2H(vehicle to home)等领域全球应用前景。

③确保上游产业安全

日本国内制造完成150 GWh/年的目标每年大约需要10万吨锂、9万吨镍、2万吨钴、15万吨石墨、2万吨锰,全球制造完成600 GWh/年的目标每年大约需要38万吨锂、31万吨镍、6万吨钴、60万吨石墨、5万吨锰。因此,一方面日本将加强资源保障支持力度,将电池金属材料等列为高风险矿种,扩大支持资源保障企业一揽子政策,完善中游冶炼工序。另一方面,日本将加强与澳大利亚、南美、非洲等资源丰富国家的合作,确保产业链上游安全。

④开发下一代电池技术

日本将强化下一代电池技术开发,通过绿色创新基金等,加快以全固态电池为主的下一代电池和材料(包括材料评估技术)及回收技术的开发,力争在2030年左右实现全固态电池的全面商用,确保包括卤代电池、锌负极电池等新型电池的技术优势,并完善全固态电池量产制造体系。同时,日本将完善相应的性能测试和安全评价体系,以及通过人才培养联动强化关西研究开发平台建设。

⑤拓展国内市场

日本将促进电动汽车和固定电池系统的普及,支持充电基础设施建设,到2035年实现乘用车新车销售全部为电动汽车。此外,日本将进一步确保固定电池系统安全性,并作为电力基础设施的一部分。

⑥加强人力资源保障

日本政府将提高整个产业人才保障及技能水平,到2030年,力争培养电池产业供应链人才共3万人,其中培养电池制造相关人才2.2万人,包括制造技能人才1.8万人、产品开发和评价人才0.4万人。为此,日本专门成立官产学组成的“关西电池人才培养联盟”,并提出在工科类高校和高专等设立相关专业课程,还将在产业技术综合研究所的关西中心启动操作电池生产设备的课程。

⑦完善国内电池制造和利用环境

日本将促进可持续发展,试行碳足迹规则,到2030年前建立国内电池回收利用体系;利用可再生能源扩大电力供给、降低成本负担,以提高产业竞争力;修改相关法规,提高大容量电池安全性;统一软硬件标准,促进行业规范发展。

2.2 日本积极解决电池供应链问题,部署电池技术研发计划项目

(1)本土电池上下游企业联合组建电池供应链协会

日本锂电池行业发展较早,行业发展较为成熟,目前行业内各产业链均有龙头企业。正极材料的龙头企业有日亚化学、住友金属矿山;负极材料的龙头企业有三菱化学、日立化成;隔膜的代表性企业有旭化成、东立;电解液的代表性企业有三菱化学、宇部兴产。锂电池制造的龙头企业有松下能源以及PEVE。下游新能源车厂的企业包括丰田、本田、日产等。

2021年5月,日本成立电池供应链协会(简称“BASC”),成员包括日产汽车、住友金属矿业、旭化成、松下能源和丰田锂电等55家企业,涉及日本汽车制造商、电池材料和部件供应商、电池制造商、贸易公司等。BASC会长由住友金属矿业电池材料事业本部担任,协会的宗旨是寻求政府为动力电池行业提供更多支持,以增强日本电动汽车行业在全球的竞争力。协会旨在将日本车企和电池相关企业联合起来,共同解决电池供应短缺的问题,并计划在电池再回收领域进行稀有金属的回收再利用。BASC向政府提交了政策建议,包括制定措施以确保锂、钴、镍和其他电池材料的供应安全,帮助该行业降低投资和采购成本。协会还参与相关国际标准的制定和审议。

2022年,BASC的规模扩大到100家电池领域供应链企业,计划在9月份参加锂电池国际标准会议提出日本的标准,以此用来牵制中国的标准。

(2)积极部署电池技术研发计划项目,重点发展固态电池

日本政府对锂离子电池技术的研发给予了长期稳定的支持,特别是近年来加大了对固态电池的研发投入,使日本占据了全固态电池技术相关国际专利的68%,位居全球第一。目前全球固态电池专利数排名前五的企业中,有四家是日本企业。全固态电池的能量密度接近传统锂离子电池的2倍,拥有出色的充、放电性能,将进一步缩短充电时间。由于降低了昂贵原材料的使用率,可将电池成本降至更低。目前,用于电子产品等的小型电池的实用化取得进展,而大型的车载电池仍处于开发量产技术的阶段。

日本政府、研究机构和企业广泛关注下一代电池材料开发,2014年日本成立了锂离子电池材料研究中心(以下简称LIBTEC),负责牵头实施由NEDO资助的“下一代电池材料评估技术开发”项目。LIBTEC由电池产业链相关机构和企业组成,成员包括产业技术研究所、旭化成等材料企业、松下能源等电池企业、小松制造等工艺设备机构和丰田汽车等汽车企业等,具体职责包括材料开发、电池设计、制造工艺、评价分析等。LIBTEC的研发成员由各家企业派遣的研究员和LIBTEC聘用职员组成,每两年各协会成员会更换一次派遣人员。理事长由诺贝尔化学奖得主、旭化成株式会社名誉院士吉野彰担任。

LIBTEC的发展目标是,到2025年实现高功率、较长续航里程(550 km)的电池组技术;到2030年争取将续航里程提升至800 km,并且研发灵活性更好、阻燃性能优异,适用温度范围广的电池技术。LIBTEC主要职责是在三个时期实现对下一代电池材料评估技术开发,包括:在2010—2014财年建立材料评估技术并促进国内材料制造商的快速新材料提案和提高国内电池制造商的开发效率;在2013—2017财年进行全固态电池研发计划第一阶段,主要技术包括PJ-1高电位正极(LNMO)电池、PJ-2高容量正极(锂过量固溶体)电池、PJ-3高容量负极(Si系材料和与其组合厚膜正极)电池、PJ-4阻燃电解质(4.5 V LCO||石墨电池,可进行高压安全评估)、PJ-5硫化物系统全固态电池;在2018—2022财年进行全固态电池研发计划第二阶段,开发具有全固态LIB的高性能电动汽车。

2018—2022财年,NEDO部署了全固态电池研发计划第二阶段,资助9000万美元,目标是开发第一代电池和下一代电池。第一代电池目标是开发提高现有材料电池性能和连续工艺,最终验证 450 Wh/L电池的连续工艺。下一代电池的目标是与合作的研究机构(主要是大学)合作,通过提高材料容量来制造高能量密度电池。该项目由LIBTEC牵头,京都大学、物质材料研究等研究机构以及材料、电池、汽车、工艺设备等日本动力电池产业链骨干企业等38家单位共同参与。全固态电池研发计划第二阶段的主要研究内容:一是将开发能解决全固态锂电池的大型化和量产化瓶颈的基础技术,包括固体电解质的量产与低成本合成、向电极活性物质涂敷电解质、电解质层与电极层的成膜等。二是通过组合全固态锂电池用新材料和元器件,评估单元的性能、耐久性和安全性,将制作用于掌握新材料与元器件的利弊、技术课题及是否适合单元量产工艺等的标准电池模型,并编订规格说明书及性能评估程序手册。三是开发通过计算机模拟,预测全固态锂电池的单元及电池组的不稳定性、劣化和发热情况的技术,以日本主导推进国际标准化为目标,开发关于耐久性和安全性的试验评估方法等。

2021年,NEDO部署了“电动汽车创新电池开发”项目(2021—2025年),计划投入166亿日元,旨在开发超越锂离子电池的新型电池,增强电池和汽车行业的竞争力,包括氟化物电池、锌负极电池;2021年,NEDO与丰田汽车和松下能源等企业启动新一代高效电池“全固体电池”核心技术的开发,将举全日本之力推进研发,力争实现电池产业的追赶,项目合作企业达到23家。将以量产和搭载于纯电动汽车为目标启动研究。到2030年前后将每千瓦时电池组的成本降至锂电池的1/3左右,将快速充电时间也缩短至1/3(10分钟)。

日本经济产业省通过其支援脱碳化领域研发的2万亿日元基金向日产汽车和本田汽车提供约1510亿日元(约合人民币74.9亿元)资金,支持两家企业进行全固态电池的开发。其中1205亿日元投向能量密度高的高性能蓄电池及原材料的开发、再利用技术。其余305亿日元用于新一代启动机的开发。

2.3 电池企业和汽车企业加大动力电池的投入

面对中国电池迅猛发展,日本企业的装机量和市场占有率均在下降。日本电池企业及汽车企业加紧推进电池产能的布局,特别是加大固态电池的研发和产业化的投入。

(1)松下能源

马斯克成立特斯拉之后,首先选择的就是跟松下能源合作,由松下能源提供动力电池。松下能源是唯一跻身全球动力电池装机量前十名的日本企业。

近年来,松下能源的全球市场占有量下降。2020年、2021年位居全球第三,市场份额分别为20.2%、18.4%;2022年上半年,排名第四,呈掉队之势,市场份额为9.9%;松下在美国堪萨斯州建设了一座新的EV电池厂,预计其在2024年投入生产,为堪萨斯州带来数亿美元的利益,在研究升级的同时,获得海外市场。

(2)丰田汽车

2021年9月,在“2030电池战略会”上,丰田提出将在2030年前投入1.5万亿日元用于电池研发和生产。其中1万亿日元用于生产,5000亿日元研发。2021年12月,丰田将电池领域投资从1.5万亿日元扩大到了2万亿日元。按规划,2025年前将投产10条电池生产线。2026—2030年间,每年投10条,共70条生产线,所有产线都用于纯电动汽车,2030年电池产能将超过200 GWh。

丰田汽车一直致力于研究和计划开发大功率、续航里程长、充电时间短的全固态电池,拥有超过1000项固态电池专利。2020年8月,搭载全固态电池的电动车正式取得牌照,开始行驶实验。目标在2025年全固态电池实现小批量生产,率先应用于混合动力车型,实现全固态电池上车商业化应用的第一步。丰田希望能够通过商业化尝试不断发现全固态电池存在的问题。到2030年确保生产技术和稳定质量后,实现批量生产和全面的实用化、商业化。

2022年9月,丰田宣布在日本和美国投资7300亿日元(约56亿美元),将电池产能最多提高40 GWh,建立更高效的生产线,以进一步提高竞争力。计划在2024—2026年期间开始生产电池,旨在通过提供多种动力系统选择,灵活地满足所有国家和地区不同客户的需求。在日本,将向电池公司Prime Planet Energy & Solutions(PPES)的Himeji工厂、丰田工厂投资约4000亿日元;在美国将向北卡罗来纳州的Toyota Battery Manufacturing公司(TBMNC)投资3250亿日元以提高电池产能,丰田北美公司、丰田通商株式会社拥有TBMNC 90%和10%的股份。

2021年1月,丰田决定以2.24亿美元收购澳大利亚Orocobre锂矿公司15%的股份,该公司目前在阿根廷开采锂,保证蓄电池的锂供应。

(3)本田汽车

2022年4月,本田宣布了固态电池推进计划,投资约430亿日元(约合人民币21.3亿元)建设全固态电池示范生产线,将于2024年春季设立试验性生产线动,并应用于2025年以后推出的车型中。

本田虽然制定了积极的电动车战略,但在电池上更多依靠合作伙伴。本田则表示他们在北美会从通用汽车采购Ultium锂离子电池,并探索在当地其他电池生产商合资的可能,在中国与宁德时代合作,而在日本本土,则采购远景动力在日本和日产共同开发的电池产品。

(4)日产汽车

日产汽车制定了积极的电动车战略。2021年11月,日产汽车在“日产汽车2030愿景”发布会上,提出计划到2026财年共投入1400亿日元(约合人民币79亿元)用于固态电池研发,并与全球伙伴合作。到2028财年实现固态电池大规模量产,并在推出首款搭载日产全固态电池的电动车型。

2022年4月,日产汽车公布了叠层软包全固态电池电芯的试点生产设施,计划在2024财年在日本横滨建造试点工厂,对材料、设计和制造工艺等进行研究,于2028年正式投产。电池成本方面,日产计划到2028财年,将全固态电池成本降至每千瓦时75美元,通过不断的创新,未来进一步降低至每千瓦时65美元,以实现电动车型和燃油车型的成本评价。

日产汽车将收购日本动力电池制造商 Vehicle Energy Japan的多数股份,成为其大股东。Vehicle Energy Japan 是由 Maxell 和日本产业革新机构(INCJ)投资的汽车电池制造商,主要业务是对用于混合动力汽车的锂离子电池、电池模组和电池管理系统进行研发、生产和销售。通过此次收购,日产将确保其电池供应的稳定性,并将推动下一代电池的研发。

3 我国电池技术领域发展现状和态势

3.1 政府高度重视电池技术和产业发展

(1)对新能源汽车给予政策补贴,带动电池产业发展

近年来,围绕实现双碳目标,在国家新能源汽车、新型储能等领域政策文件中,对电池技术和产业发展提出要求。如2020年国务院印发《新能源汽车产业发展规划(2021—2035年)》,指出发展新能源汽车是我国应对气候变化、推动绿色发展的战略举措;提出力争经过15年的持续努力,纯电动汽车成为新销售车辆的主流,公共领域用车全面电动化;提出实施电池技术突破行动,推动动力电池全价值链发展。2021年10月,国家发改委能源局印发了《关于加快推动新型储能发展的指导意见》,以实现碳达峰碳中和为目标,提出到2025年,我国新型储能装机规模将达到30 GW以上,较2020年底增长近10倍。在提升科技创新能力方面,提出坚持储能技术多元化,推动锂离子电池、液流电池、钠离子电池等技术发展和示范应用等。

(2)国家科技计划持续支持电池技术研发

我国政府重视电池领域科技创新,“十三五”期间在国家重点研发计划“新能源汽车”和“智能电网”重点专项的支持下,在动力电池方面,新材料新体系、高比能量、高比功率长寿命锂离子电池、动力电池系统、新型高比能锂电池、动力电池测试等技术方面取得了重要进展,如研制出比容量达400 mAh/g的新型富锂锰基正极材料、比容量超过1300 mAh/g的纳米硅碳负极材料、比能量≥350 Wh/kg的软包锂离子电池单体等;在储能电池方面,实现了100 MWh级循环寿命超过1万次的磷酸铁锂储能电池系统,固态三元储能型锂离子电池以及钠离子电池完成了前沿探索。“十四五”国家重点研发计划“高端功能与智能材料”“新能源汽车”“储能与智能电网技术”等重点专项中设立了锂电池材料、动力电池和储能电池及应用研究内容。

3.2 我国电池产业占据全球优势地位

(1)电池产业规模位居全球首位,三元电池发展迅猛

在产业和市场方面,我国建立了较完整的电池产业链,电池产业一直位居全球首位。多年来,在新能源汽车补贴政策支持下,我国电动汽车产业取得了长足的发展,成为产销大国,同时促进了我国电池产业的快速发展,得到了国际社会的高度关注和认可。

2021年,我国动力电池累计产量为219.7 GWh,同比增长163.4%;销量为186.0 GWh,同比增长182.3%;装机量154.5 GWh,同比增长142.8%,居世界第一。我国组装的动力电池占全球76%,生产占全球55%,宁德时代、比亚迪、中创新航(中航锂电)、远景动力、国轩科技和亿纬锂能等6家企业位居全球动力电池企业前10名单;宁德时代是世界上规模最大的电池企业,2021年装机量达到96.7 GWh,占据全球市场的32.6%,同比增长167.13%。

据SNE Research数据,2022年上半年,在全球动力电池装机前20的企业中,有15家我国企业;在增速超过100%的12家动力电池厂商中,有11家我国企业,包括比亚迪在内的4家企业增速更是超过200%。宁德时代继续蝉联全球电池销量冠军,占全球市场份额34%,比亚迪电池销量超过松下全球排名从第四名跃升至第三名,占全球市场份额达12%,我国动力电池产业呈现迅猛发展的态势。

2022年上半年,我国新动工的电池产业相关工厂达到85家,其中,公开投资规模的81家工厂总投资额将近6000亿元人民币。按产业链来看,28家电池企业,16家阳极材料及原材料企业、17家阴极材料企业总投资额分别约合2780亿元人民币、1127亿元和968亿元人民币。此外,隔膜、电解液等电池相关企业也陆续开始动工。

我国企业磷酸铁锂电池和三元锂电池材料两条技术路线同步进行,覆盖面更广,装机量也更大。我国2020年新增动力电池装机量中,三元电池和磷酸铁锂电池占比分别约为66%和33%,2021年,我国装车量累计74.35GWh,占总装车量48.1%,同比累计增长91.30%。磷酸铁锂电池装车量为79.8GWh,占比为51.7%,同比增长227.4%。磷酸铁锂电池呈现快速增长态势,由于成本和安全性优势,以及电池系统集成效率技术的提高,预计未来三年磷酸铁锂电池在动力与储能市场的份额会显著超越三元电池。

(2)我国企业纷纷扩大规模,布局海外市场

全球动力电池生产和产业链高度依赖我国电池企业,近年来,我国的电池行业在控制成本保持价格优势的同时,也在不断地提高技术竞争力,通过改善技术提高质量来扩大全球市场份额。中国电池企业不仅在三元锂电池、圆柱形电池等领域加大投资来吸引全球客户,同时进军北美、欧洲、韩国等国际市场,积极进行海外市场布局。

我国电池企业不断取得长期海外订单,建立国际战略合作关系。目前,美国特斯拉、欧洲宝马和大众、韩国起亚和双龙等海外车企开始采用中国电池。特斯拉在美国销售的低价Model 3中安装了中国宁德时代制造的磷酸铁锂电池。奔驰在EQS中使用了宁德时代公司的电池。福特汽车开始与宁德时代进行电池供应协商,涉及磷酸铁锂和其他电池技术。韩国起亚SUV电动汽车Niro将采用宁德时代的电池,并在韩国本土销售;韩国双龙汽车与比亚迪建立了战略合作关系,计划2023年左右推出Torres电动汽车车型,并搭载比亚迪的电池,在韩国本土销售。

同时,我国电池企业通过在海外建厂积极进行海外布局。2022年6月,远景动力宣布将在西班牙建设一座超级工厂,规划产能30 GWh,计划于2025年建成投产。2022年9月,宁德时代投资73.4亿欧元,在匈牙利德布勒森市建设电池工厂,项目规划年产能为100 GWh,是继德国之后宁德时代在欧洲建设的第二家工厂,将为奔驰、大众集团、宝马和Stellantis等欧洲汽车制造商生产电动汽车电芯及模组产品。2022年6月,国轩高科在德国哥廷根工厂设立其欧洲首个电池生产运营基地,目前计划投建年产18 GWh生产基地;10月,国轩高科美国子公司Gotion将投资23.6亿美元,在密歇根州建设电池材料工厂,计划将于2031年完工。该工厂建成后预计每年生产15万吨阴极材料和5万吨阳极材料。随着我国电池企业在欧美地区的扩张和布局,我国企业将在全球电池市场具有更高的参与度和影响力。然而,目前我国动力电池企业也面临着美国车企霸凌外国电池企业逼迫其“共享核心技术”的问题,我国电池企业还需早做准备。

(3)我国电池产业链健全发展,材料产业取得长足进步,应用市场发展迅猛

我国电池产业供应链完善,制造锂电池的最为关键材料,如锂、钴、镍、锰等主要金属,在我国有较高储量,同时我国也在全球收购了相当多的矿产资源。

此外,在技术路线上,我国锂电池厂商早已布局磷酸铁锂电池,强调两条技术路线同步进行。近年来,我国涌现一批电池正极、负极、电解液和隔膜等龙头企业,行业集中度较高,成为磷酸铁锂及三元正极材料世界最大生产及使用国,隔膜龙头企业恩捷股份占全球最大份额。我国电池产业供应链更加具有稳定性及多元性。

我国在动力电池产业上凸显出优势,主要是依托我国拥有全球最大的新能源汽车市场,因此拉动了我国电池产业的发展。2021年,新能源汽车的全年销量为352.1万辆,同比增长157.8%,销量占全球市场53%,纯电动车市场占比达61%。新能源2022年上半年销量为224.7万台,同比增长122.4%。

3.3 电池技术总体处于国际并跑水平

我国在动力电池方面的创新技术也不断获得新突破,2021年中国申请的动力锂电池专利占据了全球90%的份额,尤其是正负极材料技术方面,不断推陈出新。

动力电池方面,新材料新体系、高比能量高比功率长寿命锂离子电池、新型高比能锂电池等技术取得重要进展,比容量达400 mAh/g的新型富锂锰基正极材料、比容量超过1300 mAh/g的纳米硅碳负极材料等达到国际先进水平。

储能电池方面,实现100兆瓦时级循环寿命超过1万次的磷酸铁锂储能电池系统。宁德时代开发电池单体能量密度160 Wh/kg的钠离子电池,有望用于储能电站、通信基站等领域。比亚迪开发刀片电池技术,创新电池结构大幅提高体积利用率。

近年来,我国电池企业在技术创新方面加强了投入,电池技术取得不断进步,如钠离子电池、固态电池技术、无钴电池、刀片电池与CTP集成技术等,其中宁德时代2020年研发费用高达35.69亿元,加强现有电池和未来电池技术开发,宁德时代投资33亿元,创办21C实验室,加强未来电池技术开发,支撑其在全球电池领域龙头地位。

在电池标准方面,我国开始在国际电工组织积极推进中国标准,早在2020年我国就向ISO提出了设置锂电池的新标准,制定专业委员会提案,而且委员会的干事由中国专家担任,围绕标准制定,我国目前已经掌控了主导权。

4 小结和建议

(1)面临更加激烈的全球市场竞争

以往韩国、日本电池企业的重点市场以欧美电动汽车市场为主,我国电池企业以电动汽车内需市场为主,在最近几年也纷纷进军国际市场。韩国、日本凭借早年的技术优势,在全球电池市场中处于领先地位。然而,随着我国电池产业的快速发展扩张,韩、日电池企业均面临着激烈竞争带来的市场份额持续萎缩。近年来,欧美大力发展电动汽车产业及电池产业,也在积极吸引中日韩三国的电池厂到其本土进行投产,解决目前电池产业的供应链安全性问题;但同时为保护其本土电池产业,欧美也纷纷制定保护和扶持政策,对包括我国企业在内的亚洲企业的欧美市场或在欧美建厂都带来一定的影响。在全球电池领域新一轮的竞争下,动力电池产业或会面临重新布局,我国应给予高度关注,未雨绸缪,保持和巩固电池领域的竞争力。

(2)日韩扩大电池产业巩固全球市场份额

为了提高本国电池产业竞争力,韩国、日本政府纷纷制定了电池技术和产业发展战略和扶持政策,电池企业和汽车企业也纷纷加大电池技术和产业的投资,以巩固市场份额。在全球电池市场上,韩国和日本分别计划2030年占据全球电池市场的40%和20%;在其国内市场,日韩计划通过扩张公共需求、推广电池应用场景以及开发电池相关服务行业等措施来培育其本土的市场需求,进一步拉动电池产业的发展。日韩政府电池产业的战略目标,对我国未来持续保持全球电池市场的竞争领先优势将带来影响,在构建国内国际双循环的新发展格局下,我国政府应引导电池企业及应用企业加强合作,站稳国内市场,积极拓展国际市场,同时积极开辟电池产业新的应用领域和需求市场。

(3)日韩高度重视电池产业链供应链安全

在日韩电池发展战略中,均强调加强本土电池供应链安全,围绕供应链面临的问题,提出从电池关键材料及矿产原料、电池部件、电池设备、电池回收利用等全产业链进行部署,特别重视电池产业链上游材料产业的安全,日本组建电池上下游企业组成的电池供应链协会,韩国创建电池材料、零部件、设备专业综合体,创建“电池联盟”,通过各方联合方式推动电池产业的发展。此外,韩国为了提升尖端战略产业的竞争力,对本体电池企业采取保护措施,防止技术外流。日韩的这些举措将对我国电池技术和产业发展带来影响,我国应强化电池产业链供应链安全,加强电池产业链的发展整体规划和系统部署,确保我国未来电池产业供应链的安全。

(4)加强全固态电池等下一代电池的技术部署

日韩政府积极支持电池技术研发,特别重视未来电池技术的部署,均将发展重点放在全固态电池等下一代的电池技术方向,通过新电池技术的商业化,提升未来在电池领域的全球竞争力。日本依靠其政府和企业在全固态电池技术领域的长期投入,已在全球占据明显优势,韩国建立“下一代电池园”,积极推进政府和电池企业在未来电池技术领域的合作。随着电池技术的快速发展,技术领先将助力形成产业的优势。我国应在科技计划中加大对全固态电池等下一代电池技术领域的部署,在全固态电池领域形成国家战略科技力量,以赢得未来电池产业全球竞争的主动性。

(5)加强电池产业生态环境建设

日韩政府在电池产业发展战略中,围绕建立电池生态系统,在电池领域人才、标准、税收等方面进行了系统考虑。韩国政府强调培育中小型核心企业,培养电池专业人才,搭建培养电池产业劳动力平台,为研发和基础设施投资提供减税等政策;日本提出加强电池领域人力资源保障,提高整个产业链人才保障及技能水平,成立官产学组成的电池人才培养联盟,修改相关法规,建立统一软硬件标准,促进行业规范发展,积极参与国际标准的制定。我国电池产业位居全球领先地位,建立了比较完备的产业生态,面对日韩电池竞争,我国在电池领域国际标准制定、电池法规、电池领域领军人才、技术和技能人才培养、精特新企业培育等方面仍需继续加强,应不断完善我国电池产业生态,巩固和提升我国电池领域的国际竞争力。

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