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资深锂电池供应商三星SDI研究报告

2021-03-11 13:07 来源:互联网 编辑:Janet

锂电池研发能力强,专利数量位居全球第二。截止 2021 年 1 月 21 日,根据 Derwent innovations index 检索,全球总共 98981 项锂离子电池专利,三星 SDI 以 1523 项专利排名第二,仅次于丰田。

资深锂电池供应商三星SDI研究报告

核心材料专利数量众多,具备锂离子电池领域强劲的技术竞争力。三星 SDI 研 发中心开发了锂离子电池的核心材料,并且根据研究成果获得了众多相关专利。 截至 2021 年 1 月 21 日,根据 Derwent innovations index 检索,三星 SDI 在 正极材料、负极材料、隔膜、电解液四大领域的专利数分别为:1356 项、1101 项、2685 项、2660 项,前三种材料的专利数均位于世界前三,电解液方面的专 利数相对来说较少,居世界第七。

3.1.2、方形动力电池领域具备先发优势

布局方形电池和圆柱电池领域,暂无研发软包计划。动力电池企业的技术路线有 圆柱电池、方形电池、软包电池三类。方形电池结构简单、能量密度较高、生产 工艺相对简单,安全性较强,是德系整车企业主导的技术方向。目前,三星 SDI 动力电池以方形为主,同时积极跟进 21700 电池的生产。

凭借全球小型电池强劲市场竞争力,扩展圆柱电池应用途径。2013 年,三星 SDI 的 18650 动力电池正式进入特斯拉供应体系。2017 年,三星 SDI 在北美国际汽 车展上展示了旗下新型电池 21700,该电池的能量密度是当时在产电池的两倍, 并且新电池组成的电池组在 20 分钟内可以充进续航里程达 370 英里(600 公里) 的电池容量,且新型电池比当时在产电池减少了 10%的组件和重量。

以方形电池为主打,构建完整电池产品线。三星 SDI 的方形单体电池产品线齐 全,包括 BEV 纯电动汽车用电池(60Ah、94Ah)、PHEV 插电混合用电(26Ah、 37Ah)(26Ah 会逐渐被 37Ah 取代)、HEV 混合电动车用电池(5.2Ah、5.9Ag)、 以及结合超级电容和锂离子化学的 Hi-Cap(4Ah、11Ah)。

三星 SDI 专注于电池安全设计方面的研究,电池具有较高安全性能。三星 SDI 电池拥有非常高的安全性能,具有脱气通风口、固定安全系统和过充安全装置等 安全设计,尤其是电池包装卷筒式结构的外壳十分坚固,比宁德时代的厚 20%。 三星 SDI 在方形电池针刺安全保护装置(NSD=Nail Safety Device)、过充安全 保护装置(OSD=Overcharge Safety Device)、安全功能层(SFL=Safety Functional Layer)、泄压装置均拥有核心专利,是其超越竞争对手的核心优势。

BEV 纯电动汽车用电池从 60Ah 转变为 94Ah 电池,更具有竞争优势。三星 SDI 最早在 BMW i3 上使用的是 60Ah 单体电池,2016 年宝马宣布在 2017 版的 i3 上使用 94Ah 的电池。94Ah 相比 60Ah 容量增加将近了 57%,电池系统可用能 量增加了约 45%,续航里程增加约 41%(EPA 测算法,NEDC 测算法是 64%), 但单体电池的质量、体积、电池系统结构几乎没有变化。

主攻三元电池,NCM 与 NCA 路线共同发展。三元动力电池是大势所趋,可以细 分为 NCM 路线和 NCA 路线,目前三星 SDI 以方形三元电池为主。NCM 是指正 极材料由镍钴锰三种材料按一定比例组合而成,产品类型从 NCM111 (N:C:M=1:1:1)到 622、811 变化,随着镍含量的增加,电池能量密度会得到 相应提高;而 NCA 正极材料是由镍钴铝构成,三种材料通常的配比为 8:1.5: 0.5,日韩已经开始应用相对更高能量密度的 NCA。

电池所用正极材料具备市场潜力,高镍技术发展路线为三星 SDI 长期发展奠基。根据 European Commission 的研究,在基于许多假设的前提下,正极材料市场 的需求预计在 2025 年将达到 400000 吨,NCM 的占比将达到最高份额 48%。 目前三星主要有 NCM111 和 NCM622 电池,根据规划,技术将朝着 “NCM111-NCM622-NCM811-NCM811 提升-全固态电池”的路线图升级。同 时,三星 SDI 还将改良产品尺寸,引入快充材质和新型材料,向轻量化发展。

资深锂电池供应商三星SDI研究报告

3.1.3、继续发展高镍路线,锂硫电池专利量大但后续发展不利

继续向高镍路线发展,推出 Gen5 动力电池,深化与宝马的合作。2020 年 5 月, 三星 SDI 推出第五代动力电池,该款电池单次充电的续航力可达 600 公里以上 (意味着能量密度至少达到了 600Wh/L),使用镍含量超过 80%的高镍 NCA 正极材料,这是三星 SDI 首次将 NCA 运用在方形电池中。NCA 由 Ecoprobe提供,三星和 Ecoprobe 宣布成立 Ecoprom 正极材料合资企业,将在浦项的 YongilBay 园区内建造 CAM6 正极材料工厂。Gen5 电池的能量密度较同业高出 20%,每千瓦小时(kWh)成本降低 20%,预计 2021 年在匈牙利工厂开始量产。 据 CBEA 报道,宝马已成为三星 SDI 第 5 代电池的第一个客户。

提出“全固态电池技术发展蓝图”,降低起火风险。2020 年 3 月,三星 SDI 宣 布已发明一种提高全固态电池寿命和安全性的方法,电池采用固态电解质,在高 温下不易燃,还能抑制锂枝晶生长避免穿刺短路,此外它负极使用银-碳(Ag-C) 纳米复合层,能将能量密度提高到 900Wh/L。三星 SDI 表示,这种固态电池充 满电后,单次续航里程可超过 800 公里,电池循环寿命超过 1000 次,并且体积 比同容量锂离子电池小 50%。全固态电池(ASSB)由具有高面积容量(>6.8 mAh cm 2)的 NMC 正极、SSE 和不需要过量锂的银-碳纳米复合层组成。铝 和 SUS 箔分别用作正极和负极的集电器。相比传统锂电池和锂金属电池,ASSB 拥有更高的体积能量密度。目前,该电池技术还处于原型阶段。

三星 SDI 与锂硫电池相关的专利数量居首位,但后续发展不太理想。锂硫电池 作为下一代锂电池,以对环境无害的硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一 种锂电池。三星 SDI 已经公开了一种锂硫电池,包括:

1)正极,包含硫或硫化合物作为活性物质;

2)负极;

3)隔板,介于阴极与阳极之间;

4)有机电解液,包含锂盐、具有式(CH2)3R1R2 的二烷氧基丙烷及有机溶剂。据统计,截至 2018 年底,三星 SDI 的相关专利公开量为 186 件,约占全球相 关专利公开总量的 3.7%,居于首位。但三星 SDI 专利申请的时间主要集中在 2000 年到 2004 年,在 2005 年之后出现明显的萎缩。以发明专利为例,专利 保护期限为 20 年,在 2021 年到 2024 年间三星 SDI 相关专利的保护期限将 陆续到期。与 LG 化学近年持续增加的专利数量相比,三星 SDI 明显处于劣势。

3.2、 客户集中,核心客户份额稳定

深度绑定 BMW,客户偏向高端。自三星 SDI 进入动力电池领域以来,欧洲、 美国和亚洲的主要汽车制造商开始与其开展合作项目,且项目数量还在不断增 加。三星 SDI 是 BMW 的官方战略合作伙伴。

与宝马、大众密切合作,推动双方的互惠共赢。根据 CPCA 统计,近年来宝马新 能源车销量中插混车型占比逐渐增加,2020 年前三季度中插混占比达到 75%; 而大众集团新能源车型中纯电动车型逐年增加,到 2020 年前三季度已达 60%。 宝马和大众作为三星 SDI 的主要客户,宝马插混车型中的宝马 MINI、宝马 X3、 宝马 X5、宝马 i8 等车型,以及大众集团纯电动车型中的奥迪 etron 等车型,在 锂离子电池供应方面均与三星 SDI 建立了密切的合作,有助于三星 SDI 的进一 步发展。

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三星 SDI 与中国客户合作较少,目前下列产品已淘汰。三星 SDI 给中国客户中 联重科、丹东黄海、北汽、金龙和东风等都提供了配套电池,提供的电池芯号大 多是 CS0940,电池类型均为 NCM 方形,但就目前来说合作客户仍较少。

3.3、 上游原材料的采购与布局

新能源汽车产业链涉及多个行业,较为复杂。与传统汽车最大的不同在于,新能 源汽车使用了电池、电机、电控部分代替了发动机。新能源汽车产业链中增加了 电池(包括上游原材料产业)、电机、电控系统,以及充电桩/充电站。电池系 统是新能源汽车性能的关键,占整车成本的 35%~50%,因此进行上游原材料布 局,降低电池生产成本,有利于提高企业的竞争力。

锂离子电池重要元素地壳丰度高,有利于动力电池领域的发展。锂作为锂离子电 池技术中的重要元素,在地壳中的平均丰度相对较高(17ppm),是岩石圈中 的第 27 大元素。

与锂、镍、钴上游原材料企业合作,保证供应体系畅通。三星 SDI 与赣锋锂业、 嘉能可等公司建立了锂、镍、钴材料等方面的合作,保证电池材料所需基本材料的供应充分,促进电池生产的可持续性。

供应体系开放,进行国际化采购。为了降低成本,保持竞争力,三星 SDI 积极 与优质的电池原材料供应商达成合作,主要分布在中日韩三国。

1)四大主流原材料:从发展前景来看,三元材料在国家政策、市场需求等方 面都占据先天优势。负极材料的技术路线主要集中在碳材料负极,目前最常用 的是石墨类材料,包括人工石墨和天然石墨。未来硅基负极的发展空间巨大,但 是短期内负极材料仍以传统石墨材料为主。隔膜一般采用聚乙烯、聚丙烯或它 们的复合膜,性能受材料、制作工艺、厚度、微孔密度等多方面因素影响。电解液中的溶质是最主要的成分,占电池整体成本的 40%以上。电解质一般为具 有较低晶格能的含氟锂盐有机溶液,目前主要的电解液的溶质为六氟磷酸锂。

2)计划成立合资企业,实现正极材料独家供应。正极材料决定了动力电池的性 能和成本,是动力电池企业布局的重点。2020 年 2 月,三星 SDI 与 ECOPRO BM 公司宣布将共同成立合资公司(三星 SDI 投资 480 亿韩元,持股 40%;ECOPRO BM 投资 720 亿韩元,持股 60%)批量生产下一代正极材料。合资公司生产的正极材料将独家供应三星 SDI,两家公司将通过合资企业保持技术垄断。同时, 三星 SDI 还计划投资 ECOPRO BM 以建立战略合作伙伴关系。

3.4、 同业对比

3.4.1、客户对比

与 LG 化学、CATL 相比,三星 SDI 客户群体结构集中,绑定松散。客户资源上, 三星 SDI 与 LG Chem、CATL 和松下相比处于劣势,LG Chem 与 CATL 客户覆盖全面,三星 SDI 的客户群体主要集中于宝马和大众,结构比较集中。此外,宝马和大众的供应同时也向其他电池企业开放,宁德已经成为宝马动力电池主要供 应商,LG 和松下为大众提供动力电池。

对新能源热销车型供应较少,未来需进一步强化车企绑定关系。在 2020 上半年 的新能源汽车销量 top10 中,只有一款车型由三星 SDI 提供,有四款车型由 LG 化学供应。

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3.4.2、产能对比

三星 SDI 产能落后明显,需要加快产能的全球布局。截至 2020 年底,CATL 产 能为 83.5GWh,LG 化学为 70.8GWh,而三星 SDI 仅有 19GWh。在建和计划产 能方面,CATL 共有 197.5GWh,LG 化学共 98GWh,三星 SDI 则只有 10GWh。 可见,无论是已有产能,还是计划和在建产能方面,三星 SDI 与 CATL 和 LG化学都有明显差距。

三星 SDI 占有率有明显提升,但与主要竞争者相比仍有较大差距。2020 年上半 年,三星 SDI 在全球动力电池市场中的出货量市占率达到 6%,相比 2019 年的市占率 4%,有了明显的提升,但是与 LG 化学 2020 年上半年的市占率 25%相 比,有很大的落差。

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三星 SDI 装机量以及占比都较低,未来仍需要进行积极布局。在 2012 年到 2019 年间,松下、LG 化学和三星 SDI 的装机量都呈现明显的上升趋势,但是三星 SDI 与松下、LG 化学相比,增长幅度较小,在竞争中处于落后地位。就装机量占比 而言,排名前三依次为松下、LG 化学和三星 SDI,可以看出松下占比要明显的优于LG 化学和三星 SDI,LG 化学以微弱的优势超过三星 SDI。

3.4.3、研发对比

三星 SDI 与 LG 化学锂离子专利数竞争激烈,目前暂居第一。截至 2021 年 1 月 21 日的更新数据显示,目前三星 SDI 锂离子电池领域的专利数为 1523 项,相 较于 LG 化学的 1431 项,具有微弱的优势地位。

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