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1、電解液

根據(jù)理論計(jì)算，每1千瓦時(shí)（kWh）的電解液需要5.6千克的五氧化二釩V?O?，考慮到電解液利用率為70%，實(shí)際需要的V?O?約為8千克。因此，每1兆瓦時(shí)（MWh）的儲(chǔ)能系統(tǒng)需要8000千克（8噸）的V?O?，而每1千兆瓦時(shí)（GWh）則需要8000噸的V?O?。按照目前每噸V?O?的成本為10-11萬元計(jì)算，每1千瓦時(shí)的電解液成本約為1500元。據(jù)此反推，V?O?占電解液成本的比例大約在53.3%-58.7%之間。

釩是一種具有高熔點(diǎn)和高沸點(diǎn)的銀灰色金屬，具有無磁性和堅(jiān)硬的特點(diǎn)。在自然界中，釩與各種礦物共生存在，主要來源包括釩鈦磁鐵礦、石煤、原油和瀝青等。釩鈦磁鐵礦是全球釩儲(chǔ)量的主要組成部分，約占總儲(chǔ)量的98%。全球每年發(fā)現(xiàn)的釩礦儲(chǔ)量一直在穩(wěn)步增長。根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2022年，全球可用的釩資源儲(chǔ)量超過6300萬噸（折算成金屬釩），其中已經(jīng)確認(rèn)符合采礦要求的資源約為2557萬噸。截至2022年底，可開采的釩資源分布及礦產(chǎn)量如下圖所示：

簡單總結(jié)一下就是中國占比大，基本上是自主可控的。

在中國，釩礦資源廣泛分布于19個(gè)省市（區(qū)），主要集中在四川攀枝花地區(qū)和河北承德地區(qū)。中國的釩礦主要有兩種形式，即釩鈦磁鐵礦和含釩石煤。其中，釩鈦磁鐵礦占總儲(chǔ)量的53%，含釩石煤占總儲(chǔ)量的47%。盡管儲(chǔ)量比例如此，但中國約80%的釩產(chǎn)量來自于釩鈦磁鐵礦資源。以下以釩鈦磁鐵礦為例，介紹一下從釩礦中提取釩的工藝。參考智研咨詢提供的資料，進(jìn)行如下描述：

截至2021年，全球釩生產(chǎn)企業(yè)的總產(chǎn)能為28.3萬噸/年（折合五氧化二釩）。其中，瑞士的嘉能可公司、巴西的Largo資源公司以及南非的布什維爾德礦業(yè)公司采用釩鈦磁鐵礦的直接提釩工藝。而國內(nèi)的鞍鋼、河鋼等企業(yè)以及俄羅斯的Evraz等海外企業(yè)采用釩鈦磁鐵礦釩渣提釩工藝，這種工藝下，釩渣實(shí)際上是煉鋼的副產(chǎn)品。根據(jù)這種工藝，釩渣可以用于提取釩。

下面分析五氧化二釩的供需情況，首先看看供應(yīng)方面:

根據(jù)釩鈦股份年報(bào)，2022年全球釩產(chǎn)量（以V?O?計(jì)）22.4萬噸左右，較 2021年增長約5%；國內(nèi)產(chǎn)量約14.2萬噸，較2021年增長約2.9%。

綜合多方面信息，2022年國內(nèi)外產(chǎn)能及產(chǎn)量數(shù)據(jù)大致如下：

國內(nèi)釩產(chǎn)業(yè)產(chǎn)區(qū)分布見下圖：

上圖主要了解兩個(gè)地方就可以，一個(gè)是以四川攀枝花為中心的10萬噸產(chǎn)能區(qū)，一個(gè)是以河北承德為中心的4萬噸產(chǎn)能區(qū)，截至2022年底，國內(nèi)V?O?的產(chǎn)能約為17萬噸，這兩個(gè)地方就占了14萬噸。

進(jìn)口方面：我們已經(jīng)在2017年底禁止包括釩渣在內(nèi)的24種固體進(jìn)口，所以釩原料方面進(jìn)口主要就看五氧化二釩。從海關(guān)網(wǎng)站獲得V?O?進(jìn)出口數(shù)據(jù)如下：

從上表可見，除2020年（受疫情影響）外，國內(nèi)一直是五氧化二釩（V?O?）的凈出口國。

下表是目前已知V?O?的新增在建產(chǎn)能情況：

根據(jù)上面兩個(gè)例子算了下，萬噸產(chǎn)能的投資額大約8億，建設(shè)周期1-2年。

供給方面說到這里，有兩個(gè)要點(diǎn)，一是國內(nèi)目前產(chǎn)能約17萬噸/年，考慮新增產(chǎn)能，到2025年時(shí)產(chǎn)能可達(dá)21.4萬噸/年；二是我國基本是V?O?的凈出口國。

下面看看V?O?的需求情況：

借用智研咨詢整理的釩產(chǎn)業(yè)鏈圖譜：

從上圖可以看出，釩主要是應(yīng)用在鋼鐵、航空航天、儲(chǔ)能等領(lǐng)域，其中鋼鐵占比超過90%，具體消費(fèi)結(jié)構(gòu)如下圖：

結(jié)合上圖消費(fèi)結(jié)構(gòu)，本文重點(diǎn)分析影響較大的鋼鐵領(lǐng)域應(yīng)用和新形勢(shì)下儲(chǔ)能行業(yè)的需求增量。

鋼鐵行業(yè)是釩產(chǎn)品的主要消費(fèi)領(lǐng)域，占據(jù)了90%以上的釩消耗量，因此，釩市場(chǎng)周期與鋼鐵周期基本同步。近年來，隨著中國鋼鐵工業(yè)迅速發(fā)展和鋼鐵品種結(jié)構(gòu)的調(diào)整，我國對(duì)釩的消耗總量也呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)性增長。就地區(qū)來看，中國已成為全球最大的釩消費(fèi)國，但從單位噸鋼消耗的角度來看，我國鋼鐵產(chǎn)品中釩的應(yīng)用水平相對(duì)較低，低于世界平均水平，與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍存在一定差距。

下表結(jié)合國內(nèi)粗鋼產(chǎn)量，看看兩者的關(guān)系（下表粗鋼產(chǎn)量來自統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，V?O?消耗量來自網(wǎng)絡(luò)，后者不一定準(zhǔn)確，但作為相對(duì)比較應(yīng)該差不多）：

從上表也能看出，隨著地產(chǎn)和建筑業(yè)下行，粗鋼產(chǎn)量受到明顯影響，在2020年達(dá)到頂點(diǎn)后，這兩年呈下降趨勢(shì)，每萬噸粗鋼大約對(duì)應(yīng)約1.2噸V?O?。

根據(jù)國家規(guī)劃，到2025年，電化學(xué)儲(chǔ)能目標(biāo)達(dá)到30GW，預(yù)計(jì)全釩液流儲(chǔ)能占比15%，即約為4.5GW。按照4小時(shí)儲(chǔ)能時(shí)長計(jì)算，相當(dāng)于18GWh，對(duì)應(yīng)的V?O?需求量約為14.4萬噸（18GWh*8000噸/GWh）。根據(jù)之前的分析，以2022年的消耗量12萬噸為基準(zhǔn)，在存量消耗保持不變的情況下，預(yù)計(jì)2023-2025年每年新增消耗約5萬噸。目前的產(chǎn)能約為17萬噸，基本能滿足需求。然而，考慮到消耗量不可能按照年度平均增長，并且存在一定的生產(chǎn)周期和安全庫存需求，另外新增產(chǎn)能也需要1-2年才能投產(chǎn)，預(yù)計(jì)在2024-2025年可能出現(xiàn)V?O?供應(yīng)短缺的情況。

上述估算基于電化學(xué)儲(chǔ)能的發(fā)展和全釩液流儲(chǔ)能的占比。根據(jù)2023年的情況和電網(wǎng)平衡性需求，預(yù)計(jì)這是一個(gè)大概率事件。而且，考慮到國內(nèi)多數(shù)地區(qū)對(duì)儲(chǔ)能時(shí)長要求可能會(huì)進(jìn)一步提高，全釩液流的占比也有望提高。此外，還未考慮國外的需求，這也是一個(gè)潛在的變量。因此，全釩液流儲(chǔ)能面臨著潛在的供應(yīng)挑戰(zhàn)。

最后，綜合看看由此可能帶來的V?O?價(jià)格變化以及毛利預(yù)估：

V?O?目前價(jià)格不算便宜，下圖根據(jù)海關(guān)數(shù)據(jù)，以出口價(jià)格為例，統(tǒng)計(jì)了2015年到2023年4月份的出口價(jià)格：

可見和碳酸鋰一樣，V?O?也不便宜，在2018年也曾經(jīng)達(dá)到45萬/噸的高位，目前主要在10-15萬/噸波動(dòng)。

根據(jù)釩鈦股份2022年報(bào)中的產(chǎn)品銷量和收入數(shù)據(jù)計(jì)算，全年平均售價(jià)約為11.83萬/噸，毛利率為32.08%。如果按照12萬/噸的價(jià)格計(jì)算，預(yù)計(jì)15萬噸的銷量將帶來約180億的收入，毛利約為57億。然而，如果價(jià)格過高，如2018年的40萬/噸以上，將會(huì)對(duì)下游需求產(chǎn)生不利影響。在沒有其他技術(shù)進(jìn)步的情況下，全釩液流電池可能會(huì)失去競(jìng)爭力。因此，價(jià)格的過高可能對(duì)全釩液流電池產(chǎn)業(yè)帶來挑戰(zhàn)。

說完了V?O?，看看電解液自身，這部分技術(shù)含量需求還是很高的，其實(shí)電解液相當(dāng)于電量容器，不管是濃度還是利用率，都有較大的提升空間，期待進(jìn)一步的技術(shù)突破。

2、電池堆

電池堆的核心材料包括隔膜、電極、雙極板以及輔助材料如緊固件等。其中，隔膜在電池堆成本中所占比例超過50%。因此，本文主要分析隔膜，也被稱為質(zhì)子交換膜。質(zhì)子交換膜位于有機(jī)氟化工產(chǎn)業(yè)鏈的末端，其上游是有機(jī)氟化工的單體材料，下游則涵蓋了基于質(zhì)子交換膜的氯堿工業(yè)、燃料電池、電解水、儲(chǔ)能電池等應(yīng)用領(lǐng)域。這些應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)成了質(zhì)子交換膜的下游市場(chǎng)。

在液流電池中，隔膜用于分隔單個(gè)電池內(nèi)的正負(fù)極電解液。理想的隔膜材料應(yīng)具備較高的離子選擇性、導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度等特性。在液流電池行業(yè)剛起步時(shí)，全釩液流電池主要采用美國科慕公司生產(chǎn)的全氟磺酸離子交換膜（Nafion）。Nafion薄膜在電解液中具有良好的穩(wěn)定性，但成本較高，并存在釩離子滲透率較高等問題。

目前，國內(nèi)一些企業(yè)已經(jīng)取得了在液流電池中使用全氟磺酸膜的技術(shù)突破。這些產(chǎn)品在性能方面與進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)，而價(jià)格僅為進(jìn)口產(chǎn)品的三分之一。根據(jù)高工氫電的數(shù)據(jù)，截至2022年，國內(nèi)市場(chǎng)上科慕的全氟磺酸樹脂膜仍是主要的應(yīng)用產(chǎn)品，其出貨量占據(jù)了市場(chǎng)份額的77%。而國產(chǎn)的液流電池質(zhì)子交換膜市場(chǎng)份額為23%。

近年來，由于氟化膜的價(jià)格較高，研發(fā)非氟化膜和多孔離子傳導(dǎo)膜的工作逐漸增多。中科院大連化物研發(fā)團(tuán)隊(duì)致力于開發(fā)多孔離子傳導(dǎo)膜，并不斷進(jìn)行技術(shù)迭代，已成功制備出具有較高離子選擇性和電解液容量保持率的多孔膜。中科院的徐銅文教授和楊正金教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種新型離子膜，該膜具有貫通亞納米離子通道的微孔框架結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)膜內(nèi)近乎無摩擦的離子傳導(dǎo)。使用這種膜組裝的液流電池，電流密度可達(dá)到500mA/cm2。相關(guān)研究成果已在國際學(xué)術(shù)頂級(jí)期刊《Nature》上發(fā)表。非氟類質(zhì)子交換膜的生產(chǎn)成本有望大幅降低，但其化學(xué)穩(wěn)定性仍需改進(jìn)，離實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要一定的時(shí)間?；谶@些進(jìn)展，非氟化膜的應(yīng)用前景非常有希望。

根據(jù)目前的實(shí)際情況，一個(gè)1MW的釩電池電堆大約需要830平方米的質(zhì)子交換膜面積。根據(jù)之前提到的V?O?消耗量的估計(jì)，預(yù)計(jì)到2025年全球釩液流電池總裝機(jī)容量將達(dá)到4.5GW，因此對(duì)應(yīng)的質(zhì)子交換膜需求量約為373.5萬平方米。假設(shè)到2025年，國內(nèi)質(zhì)子交換膜的單價(jià)下降至2000元/平方米，則相應(yīng)的市場(chǎng)規(guī)模約為75億。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，可以預(yù)見質(zhì)子交換膜市場(chǎng)在2025年將有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/span>