锂电池的前世今生

1800 年，伏打电池的发明标志着电池的诞生。经过 200 多年的发展，电池的用途和功能也逐步趋于完善。从最早的不可重复充电的锌锰类(Zn/MnO2)一次电池，到后来以铅酸电池(SLA)，镍电池(Ni-MH，Ni-Cd)，锂离子(Li-Ion) 电池为代表的可重复充电的二次电池，每一次电池材料的革新都带来了能量密度的突飞猛进。

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锂离子电池由日本索尼公司于 1990 年最先开发成功，是目前的主流电池方案。从结构来看，锂电池主要由正极(Positive electrode)、负极(Negative electrode)、电解液(electrolyte)和隔膜(Separator)组成。根据正极材料的不同，锂电池可以被分为磷酸铁锂电池，钴酸锂电池，三元电池等，而锂电池的负极一般都是碳素材料，如天然石墨，人工石墨等。

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根据锂离子电池所用电解液材料的不同，锂离子电池又可以分为液态锂离子电池(LIB)和聚合物锂离子电池(PLB)。由于 PLB 采用的是凝胶状电解液，相比 LIB的液态电解质密度更大，且不易泄漏，所以对体积大小有较高要求的消费电子领域主要采用的是 PLB 电池。

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锂电池充电时，锂离子离开(术语:脱嵌)正极，经过电解液运动到负极，并进入(术语:插入)石墨的微孔中，插入的锂离子越多，充电量越高。充电时，正极为阳极(Anode)，负极为阴极(Cathode)。

同样，锂电池放电时(即我们使用电池的过程)，锂离子离开(术语:脱插)负极，返回(术语:嵌入)正极。回正极的锂离子越多，放电量越大。放电时，正极为阴极(Cathode)，负极为阳极(Anode)。

由于消费电子产品的内部空间有限，要求在有限的空间内尽量提升电池容量，所以电池的体积能量密度至关重要。

能量密度由正负极材料决定，传统的铅酸蓄电池其体积能量密度最大也只能达到 150Wh/L，而磷酸铁锂(LFP)的能量密度达到了 300Wh/L 左右的水平，广泛用于消费电子的钴酸锂(LCO)的能量密度则进一步提升到 600Wh/L 以上，三元材料(镍钴锰酸锂 NCM，镍钴铝酸锂 NCA) 方面，由于其放电平台的电压下降较快，易低于手机截止电压 3.4V，所以一般用于新能源汽车，在消费电子领域仅在平板上有所应用。

锂电池的市场需求

整体来看，锂电池的市场需求会直接受到下游应用的市场规模影响。2016 年全年，锂电池的市场规模达到 62.34GwH，预计 2017 年仍将维持高增长的态势，达到 102.68GwH，未来三年的的复合增长率高达 25%。

锂电池下游应用主要包括消费电子，动力汽车，储能电站三大类。消费锂电方面，2011-2014 年，得益于智能终端的普及，消费锂电三年间的复合增长率达到26.00%。2015 年之后，智能手机逐步进入存量替换时代，消费锂电市场的增速也开始放缓。

而与此同时，新能源汽车开始爆发式增长，动力电池成为拉动锂电池市场需求的主要驱动引擎，2015 年，动力电池的市场规模达到 16.9Gwh，而2016 年，则进一步增长到 29.39Gwh，从体量上已经超过了传统的消费锂电。

储能电站方面，伴随着新能源电站弃风弃光问题的日益严重，以及企业对稳定供电的迫切需求，储能的重要性也凸显出来，储能电站建设更是列入了“十三五” 规划的百大工程项目，未来，储能市场的发展将进一步推动对锂电池的需求。

锂电池的成本及价格分析

参考 Element Energy 的行业调研数据，锂电池 PACK 的成本结构中，电芯占总成本比例的 50%，其他物料成本总和约占 24%。而根据 Frost & Sullivan 的数据，目前锂电池电芯的物料成本结构里，正极材料占据了电芯总成本的 48.8%，往后依次是电解液，负极和隔膜。可以看出锂电池的成本较大程度上会受到正极材料和电解液价格波动的影响。

其中正极方面，消费锂电一般采用钴酸锂做为原材料。根据行业数据，1 吨钴酸锂中，钴的含量约在 0.6 吨左右，锂的含量则 0.07 吨不到。所以直接原材料电解钴的价格会极大影响锂电正极材料的成本。

而目前新能源车的主要正极材料镍钴锰酸锂 NCM，镍钴铝酸锂 NCA 也均会用到钴，所以近年来下游市场对电解钴的需求极为旺盛，从 2016 年年底起钴价一路走高，从 2016 年 11 月初的 21.2万元/吨的价格，到 2017 年 4 月中的 38.4 万元/吨，后有所回落，但依旧维持在37 万元/吨左右。

2017 年 6 月初，英国金属导报(Metal Bulletin)的钴报价又开始新的一轮大涨，至 6 月 14 日，已经连涨三波，累计上涨 1.6 美元/磅，按照最新汇率换算即上涨了 2.3 万元/吨。国内钴价也有望随之上涨。

消费锂电的产业链竞争格局

锂电池行业是一个高度分工的产业链，从上游的材料到电芯，再到 PACK 都有各自领域的龙头企业。我们在本文中主要关注电芯和 PACK。

由于电芯生产是重资产投入，规模化效应显著，大者恒大的局面已经形成。2016年全球电芯厂 TOP10 的集中度为 72%，相比 2015 年的 68%提升 4 个百分点。排名靠前的厂商中，三大厂松下，LGC，三星 SDI 已经转移了相当一部分的产能给了新能源车，其中松下更是将大部分精力放在和特斯拉的合作项目上。而锂电池鼻祖索尼由于锂聚合物电池研发进度缓慢，新能源车锂电池业务不断调整，业绩表现不佳，2016 年被 Murata 并购。国内电芯厂商，如 ATL，光宇，力神则把握住了智能终端普及的发展机遇，跻身于全球消费锂电电芯厂前列。

下游的 PACK 方面，早期的 PACK 厂仅做简单的封装，技术含量较低，市场碎片化严重。后来由于下游消费电子客户对安全性、一致性、热性能等性能指标的不断重视，再加上部分 PACK 厂商开始进军 BMS，以追求高附加值。PACK 厂的行业门槛也在不断提高，涌现出了一批行业巨头。如国内的德赛电池，欣旺达，明美，飞毛腿等。

安全续航并重，催生消费锂电微创新

三星爆炸门敲响电池安全的警钟

2016 年 8 月 19 日，三星正式发布 Galaxy Note 7。上市之初，Note 7 手机凭借虹膜解锁、无线快充、实时 HDR 视频拍摄等特性，好评不断，更是被业界认为是苹果 iPhone 7 手机的最大竞争对手。但好事不长，上市不到一周，Note 7 便在韩国出现了爆炸事件。

9 月 2 日，三星手机部门负责人对电池爆炸事件致歉，并宣布了 Galaxy Note 7 的全球替换计划(中国除外)。9 月中，三星宣布召回在中国境内的 1858 台 Note 7 测试体验机。至此，三星手机爆炸事件告一段落。在这次事件中，三星因为召回行动产生的成本约为 10 亿美元，市值在两天之内蒸发掉 190 亿美元，损失惨重。

一般而言，导致锂离子电池爆炸的因素主要有两类，过热和机械损坏。过热背后的原因是多样的，外界环境温度过高，过压充电，或者手机高负荷运转均会导致过热。一旦手机内部温度持续超过 60 度，并得不到及时散热的话，手机电解液的主要成分六氟磷酸锂就会发生分解反应，产生大量气体。由于电池 PACK 的空间有限，生成的气体会将电池 PACK 撑大，也就出现了所谓的“电池鼓包”，部分情况下至于会导致爆炸。

而机械损坏则是因为物理原因，致使正负级之间的隔膜损坏，引起短路爆炸，一旦发生后果较为严重。三星 Note 7 爆炸的原因也正是如此。具体分析来看，Note7的非大陆版电池(采用 SDI 的电芯)是因为电池尺寸不合规，无法与 Galaxy Note 7 的电池仓相匹配，挤压了隔膜，致使正负极短路起火。而大陆版电池(采用ATL 的电芯)则是因为正极上的焊接毛刺戳穿了隔膜，引发短路，最终爆炸。

针对三星 Note 7 的爆炸事件，中科院研究员陈立桅表示，“这可能是手机厂商为了提升电池的体积能量密度、延长手机电池续航能力，而采用了更薄的隔膜材料，但是由于对隔膜材料质量控制不严或者工艺缺陷，导致隔膜局部变薄，不能有效隔离正极与负极，从而造成了电池的安全问题”。由此可见，虽然机械损坏是 Note 7 爆炸的直接原因，归根结底还是因为三星为了提升续航能力，忽视了安全考量。

5G 和高分辨率屏给手机续航带来新的挑战

在过去的几年内随着 2G 到 4G 的演变，智能机分辨率的不断提升，续航能力的问题也越发凸显。根据三星在 2015 年做的市场调研，71%的用户认为增长手机续航时间可以最大程度提升用户满意度。

与此同时，由于电池材料没有突破性进展，手机续航时间的改善得更多归功于大屏手机的普及，使得手机内部空间随之增多，从提升手机配备的电池容量。

但大屏手机完全点亮时的耗电量也较为可观，所以改善幅度有限。目前市面上主流的是 5.5 英寸的手机，也有一部分 6 英寸的超大屏手机，已经接近手持设备大小的极限。再往后发展，续航时间的提升还得另辟蹊径。

根据三星的预计，从 2010年到 2020 年，手机的电池容量会翻倍，年复合增长率为 5%。

空间换续航，双电芯技术起航

随着消费电子，尤其是智能手机的推陈出新，通信模块和屏的耗电量也与日俱增。各大厂商需要在保障安全的同时，一方面通过类载板、ECP，SIP 封装等技术，节省手机其他组件的体积，再通过双电芯技术给手机电池提供更大的空间，提升手机续航时间。或者另辟蹊径，在充电速度上取得技术突破。

快充技术成为市场焦点

为了保证续航，除了大容量电芯之外，充电速度也很重要。充电速度直接取决于充电功率，而功率又等于电流和电压的乘积，一般而言，消费电子的 USB 充电线接口电压是 5V，而手机电池的电压一般在 4.2V 左右，所以充电的时候，需要将 5V 降压至 4.2V，至于充电电流的大小则是由手机内的 charger 芯片负责实时调整。