尹莲芳，谢乐琼，刘建红，程刚，王莉，何向明
清华大学核能与新能源技术研究院，北京，100084
摘要：2020年以来，磷酸铁锂电池市场开始回暖并进入了新的增长周期。特斯拉搭载磷酸铁锂电池迅速拉动了磷酸铁锂市场。2021年初新能源汽车补贴政策正式落地，给主机厂在新能源车型规划方面指明了方向。2021年之后磷酸铁锂电池在新能源汽车、储能、二轮车、重型卡车、电动船舶都将有更加强劲的发展。本文依据作者的工作经验和公开信息，总结了磷酸铁锂材料的产销情况、市场集中度、价格趋势以及磷酸铁锂电池企业新的发展方向。
1 引言
随着全球经济不断发展，能源危机逐步加深、环保意识不断增强，作为新能源及环保低碳的动力电池产业得到迅猛发展，而锂离子电池凭借其优异的性能以及适中的制造成本成为众多动力电池的主流发展方向［1］。随着材料及电池性能技术不断突破和生产成本的逐步下降，锂离子电池质轻、续航里程长、适用范围广、能量密度高、输出功率高的优势将逐步得到强化，被作为主要的动力电池发展，是当今新能源车动力电池的主要类型［2］。目前国内外产业化应用的锂离子动力电池正极材料有磷酸铁锂（以下简称为LFP）、锰酸锂、三元（镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂）等［3， 4］，其中磷酸铁锂以其较高的安全稳定性、较长的循环寿命和更低的成本优势在国内得到了迅速的成长［5－9］，伴随着新能源汽车及动力电池的快速发展，近几年磷酸铁锂材料行业技术工艺不断成熟，同质化竞争凸出，基于技术快速迭代和产业生态合作，磷酸铁锂市场在稳步成长中加快向龙头企业集中，行业集中度进一步提升。磷酸铁锂固有的成本优势，在成本敏感的市场存在顽强的生存空间，叠加一些新技术方案可在一定程度解决性能短板。在过去的一年，磷酸铁锂产业链需求已经回暖，供需格局得到了改善，磷酸铁锂在动力电池市场地位回升将会得到进一步强化。
2 磷酸铁锂电池的应用领域
磷酸铁锂电池目前应用的领域包括新能源汽车、储能、5G基站、二轮车、重型卡车、电动船舶等领域，其中新能源汽车领域应用占比最大，包括新能源乘用车、新能源客车和新能源专用车；储能领域目前使用磷酸铁锂电池占比超过94％，包括新品电池与梯次电池，主要应用在UPS、后备电源以及通讯储能等领域；电动船舶市场未来发展预期较好，该领域应用目前全部是磷酸铁锂电池；磷酸铁锂电池在二轮车换电市场也开始应用起量。随着市场开始进一步摆脱政策化，走向真正市场化，磷酸铁锂电池的机会也将进一步打开。
3 磷酸铁锂电池的应用展望
3．1在新能源汽车领域的应用展望
2020年以来，磷酸铁锂电池市场开始回暖，进入到新的增长周期，去年年初特斯拉与宁德时代合作入局“无钴电池”，让磷酸铁锂电池再一次回到舞台中央。特斯拉电动车搭载磷酸铁锂电池无疑迅速拉开了磷酸铁锂电池在动力电池市场强势回归的序幕。受国产Model 3、比亚迪汉EV、宏光MINI EV等多款配套磷酸铁锂电池的车型销量大幅增长带动，包括宁德时代、比亚迪、国轩高科、瑞浦能源、鹏辉能源等多家电池企业，在乘用车市场的LFP电池装机电量大增。根据行业数据统计，磷酸铁锂电池出货量占动力电池总出货量比例从2019年28％回升至2020年的35－40％左右。
2021新年伊始，最新的产业动态预示，LFP电池将在2021年的乘用车领域掀起一股浪潮。从产业政策层面看，2021年初新能源汽车补贴政策正式落地，给主机厂在新能源车型规划方面指明了方向。从大的趋势看，新能源汽车已经完成了由国家政策为推手的产业发展方式，向市场需求为推手的发展方式的转变。2021年新能源汽车补贴标准在2020年基础上退坡20％，补贴政策的实施叠加补贴过渡期的消除，将有利于促进2021年新能源乘用车全年产销量正常增长。从产业布局层面看，宁德时代、比亚迪、国轩高科等头部电池企业都在积极加码磷酸铁锂电池产能建设．宁德时代和比亚迪推出的基于磷酸铁锂方案的CTP电池和刀片电池已经得到了市场认可，目前正在积极扩充旗下磷酸铁锂电池产能。除此之外，国轩高科也对其LFP电池产品进行了技术升级，日前最新推出了210Wh／Kg磷酸铁锂软包电芯和JTM技术。各大主流电池公司均在大幅扩充LFP电池产能和进行产品升级，并在2021年乘用车LFP电池配套方面抢占市场先机。总体来看，随着各大乘用车主机厂加快推出LFP车型和电池企业进一步降低制造成本，LFP电池在乘用车领域的竞争优势将进一步凸显，国内乘用车领域的动力电池装机排名也将出现新一轮调整。
为了估算我国2021－2025年磷酸铁锂电池的装机量，我们进行如下假设：首先，我国新能源汽车产销在2021－2023年保持稳步增长；2024－2025年高等级自动驾驶和新能源汽车的协同效应显著体现。至2025年，新能源乘用车产销规模达到550万辆，加上商用车、专用车后接近600万辆，基本实现《新能源汽车产业发展规划（2021－2035 年）》的预设目标。其次，纯电动乘用车内部，A00 级车型保持约20％份额，且磷酸铁锂电池依托成本优势渗透率逐年提升，最终占据主导地位；A0～A1级车型保持约50％份额，综合考虑空间、续航、成本和动力性等因素，铁锂占比稳中有升，总体而言，磷酸铁锂动力电池迎来乘用车领域的用量和定位双升。最后，纯电动乘用车每类车型的单车带电量逐年小幅提升。基于以上预估，至2025年，国内磷酸铁锂动力电池装机量预计将达 136GWh，磷酸铁锂在动力电池市场中的份额有望达到40％到50％之间。如果放眼全球，考虑到主机厂龙头企业对磷酸铁锂电池的态度也有所转变，铁锂电池可能有更广阔的的市场空间，届时，全球仅用于动力电池的磷酸铁锂年产量可能逼近50万吨左右。总之，从产业发展初期的主流选择、产业快速发展期到逐步成熟期，磷酸铁锂动力电池即将迎来蓬勃发展，并有望最终基业长青。
3．2在通讯储能领域的应用展望
磷酸铁锂电池在5G基站方面的应用也呈现出快速增长态势，开启了新的市场机会， 2020年上半年，中国铁塔和中国移动先后进行5G基站备用电源磷酸铁锂电池储能项目的招标，中标企业包括鹏辉能源、亿纬锂能、南都电源、中天科技、海四达、双登集团、雄韬电源、光宇电源、力朗电池等。《中国铁塔与中国电信备电用磷酸铁锂电池产品联合集中招标项目招标公告》正式发布，招标预估量为2．09GWh。未来中国至少需要新建或改造1438万个基站，以单站能耗2700W、应急4h进行估算，5G基站储能市场未来将提供155GWh的磷酸铁锂电池需求空间，对应的市场规模将超过1000亿元。
3．3在二轮车领域的应用展望
磷酸铁锂电池在电动自行车行业也得到了很好的应用，从国内市场看，新国标的实施，带来了大规模的替换需求，将推动两轮电动车的销量不断走高。共享经济持续发展，共享电单车大规模投放市场，也为两轮电动车的产销量走高提供了强劲动力。在宁德时代、比亚迪、国轩高科等电池龙头企业与哈啰、滴滴等共享电单车巨头合作的带动下，磷酸铁锂电池放量明显，多家原以锰酸锂电池或三元电池为主要技术路线的二轮车电池企业开始转向磷酸铁锂电池，2021年磷酸铁锂电池的市场份额有望大幅增加。综上，二轮车在新国标、共享、外卖、快递、出口等众多利好因素的驱动下将会迎来爆发式增长，在2022～2023年期间超过5000万辆，直奔6000万辆而去，初步预测到2025年，70％的电动自行车将为锂电车型。
从海外市场看，新冠疫情改变了欧美许多民众的出行理念和出行方式，电动两轮车以其清洁、便捷的优点深受欢迎东南亚及印度等地经济蓬勃发展，低成本、可靠耐用的电动两轮车以其无与伦比的性价比，将成为数亿计民众出行的主要交通工具。海外市场的强劲需求，将为中国电动两轮车的产量增长提供千万级别的增量空间。两轮电动车，将成为一个数千亿规模的巨大产业，成为中国制造业的象征，伴随着一带一路战略走向全球化，服务数十亿人的出行，为全人类的幸福生活提供动力。
3．4在重型卡车领域的应用展望
磷酸铁锂电池在重卡领域的应用在加速拓展。工信部公示了最新一批《道路机动车辆生产企业及产品公告》，新能源物流车方面出现了16款重卡，其中10款明确搭载磷酸铁锂电池。而且电动重卡凭借超高的经济性已经被例如公铁联运、矿场、钢厂、港口等领域所采用。行业预计在“十四五”期间，纯电动重卡渗透率可以达到10％，如果2025年重卡销量达到100万辆，纯电动重卡预计近10万辆。以一汽解放J6P纯电换电牵引车为例，其配备的是宁德时代的磷酸铁锂电池，电量达282kWh。如果以250kWh作为平均水平来计算，10万辆重卡至少需要配备25GWh的电池。
3．5在电动船舶领域的应用展望
电动化的浪潮在船舶领域正加速席卷。电动船舶和电动汽车的应用领域大有不同，对锂电池的性能要求侧重点也不尽相同。目前不少电池企业已经加快了锂电船舶布局，宁德时代、亿纬锂能和国轩高科是电动船舶领域布局的典型代表企业。就目前来看亿纬锂能、宁德时代、国轩高科所布局的电动船舶，无一例外都采用了磷酸铁锂电池。目前，相比传统的燃油成本，磷酸铁锂电芯价格在船舶应用领域已具备经济性。安全性方面，近年磷酸铁锂动力电池及BMS电池管理系统发展迅速，充放电倍率的提高使船舶启动加速及动力操控性更好，也已经具备了在船舶上推广应用的技术条件。磷酸铁锂电池以其高安全性、长寿命、低成本、性能均衡等多方优势成为现阶段船舶用动力电池的最优选择。
随着环保政策日趋严格，同时锂电池技术的不断提升，预计未来几年船舶电动化将进入快速发展期，而且纯电动船将成为发展的主流方向。一辆新能源汽车的锂电池容量平均在40－50度，而一艘豪华电动游船的电池容量在3000度左右。预计2025年全球电动船舶市场规模将达450多亿元，市场前景十分广阔。船舶电动化带来的锂电池需求将进入快速增长期，预计2025年电动船舶对磷酸铁锂电池的需求量将超过6GWh。
4 磷酸铁锂材料的产销情况、市场集中度及价格趋势
磷酸铁锂电池大势逆袭的趋势下，磷酸铁锂材料其产销情况、市场集中度、价格也随之发生变化。从产销数据上看， 2017－2018年产量保持在7－8万吨，2019开始储能领域的需求增长导致总产量提升至9－10万吨，2020年由于下半年需求旺盛，磷酸铁锂产量增至14万吨。2021年新能源汽车、重卡、船舶、电化学储能等多个领域需求共同释放，估算今年磷酸铁锂材料需求达到25万吨左右。从市场集中度方面，2020年磷酸铁锂电池市场集中度较高，几家头部企业占据了大概80％－90％的市场份额。从价格方面来看，由于磷酸铁锂电池出货量增加导致的短期供需紧张，磷酸铁锂材料从2020年11月初开始涨价， 2021年初，主流磷酸铁锂材料价格为4－4．3万元／吨左右，储能用磷酸铁锂材料价格为3．5－3．8万元／吨左右，动力用磷酸铁锂材料价格为4．3万元／吨左右。但考虑到行业总磷酸铁锂材料产能并不小，同时受上游矿产期货影响较小，预计2021年磷酸铁锂材料价格将在小幅上涨后维持平稳运行。
5 磷酸铁锂电池企业新的发展方向
磷酸铁锂电池在2021年之后会有更大规模的应用，磷酸铁锂电池企业在产品、经营、技术、布局等方面将呈现出如下变革：电池端销售转运营，企业将销售模式转变为租赁运营，这会直接提高铁锂电池全生命周期经济性，并改善产品毛利率；在储能、船舶等下游市场，销售环节呈现需求波动大，项目数量多，但单次采购量低等特点，方形铁锂电池通用化需求增强，特别是在通信储能和工业储能环节，模块化将有利于加速下游企业应用速度；铁锂材料在铁锂电池市场技术门槛降低，市场规模扩大、应用场景更加丰富的趋势下，产品型号将逐渐统一，销售价格进一步降低，企业生产效率和生产规模进一步提高；由于磷酸铁锂材料生产成本中，用电成本占比较高，随着随着宁德时代、比亚迪等企业在成渝、关中地区建厂，铁锂材料企业可以在各地电力价格差异寻找适合自身发展的平衡点。目前我国成渝、云贵、内蒙地区电力价格低廉，化工原料基础完善，可支撑企业承接部份的产能转移。
6 结语
迈入2021年，毫无疑问，磷酸铁锂电池将会在更加多元化的市场应用中开启更大的空间。成本和安全性将继续是电池供应商在多种电池应用场景中需要首先考虑的因素，磷酸铁锂电池的优势在逐渐显现。在动力系统的全面电动化中，陆地交通车辆全面电动化的趋势不可逆转；船舶电动化也在加速，相关标准陆续完善；储能领域，包括与电网结合的大型储能和以5G基站为代表的小型储能，将会继续成为磷酸铁锂电池的第二大战场，这些都将是磷酸铁铁锂电池唱主角的应用市场。此外，在新兴应用市场中，包括电动叉车、电动助力车、数据中心备电、电梯备电、医疗器械电源等场景，都将会给磷酸铁锂电池带来一定的机会和空间。可以预见，未来磷酸铁锂电池的应用范围将快速扩大，在动力电池市场地位将会得到强化。
致谢：感谢科技部国际合作项目（2019YFE010200），科技部重点研发计划（2019YFA0705703和2018YFB0104400），清华大学－佛山先进制造研究院基金（2019THFS0132），清华大学自主科研计划（2019Z02UTY06）支持。感谢中美清洁能源中心（CERC－CVC）和清华大学－张家港氢能与先进锂电技术研究中心的支持。
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