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锂离子电池的材料发展结构的分析

钜大LARGE  |  点击量:415次  |  2018年11月26日  

摘要
目前国内动力锂电受制于发展模式不清、标准制定不明及技术路线不确定三大问题,尽管下游电动汽车市场发力让国内动力锂电迎来了全面的发展机遇,但国内企业在技术研发和规模生产上与国外企业仍存在一定差距,这一差距在正极材料和隔膜等技术含量较高的领域尤为明显,因此我国动力锂电产业的发展还需要经历技术和经验的逐步积累,并在此基础上加以完善,实现产品的成熟稳定。

目前国内动力锂电受制于发展模式不清、标准制定不明及技术路线不确定三大问题,尽管下游电动汽车市场发力让国内动力锂电迎来了全面的发展机遇,但国内企业在技术研发和规模生产上与国外企业仍存在一定差距,这一差距在正极材料和隔膜等技术含量较高的领域尤为明显,因此我国动力锂电产业的发展还需要经历技术和经验的逐步积累,并在此基础上加以完善,实现产品的成熟稳定。

作为电动汽车的关键零部件,动力锂电是影响整车性能、成本及用户使用体验的关键部件之一,也是整车成本中占比最大的零部件,其成本占整车成本的一半。细分来看,正极材料、负极材料、隔膜及电解液四大关键材料的成本占电池成本的八成以上。

1、正极材料

正极材料是动力锂电最关键的材料,决定了电池工作电压、寿命、容量、安全性和成本,其成本约占电池制造成本的30-40%。目前用于动力锂电的正极材料有锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂三种。其中锰酸锂和三元材料是目前应用比较广泛的两种,技术发展相对成熟,性能稳定,相关技术主要掌握在日韩企业手中。磷酸铁锂因为成本较低且使用寿命长(充放电循环次数多)因此被业界认为具有良好的发展前景,但目前由于技术原因能量密度偏低,核心技术主要掌握在加拿大魁北克水电和美国A123等企业手中。总体来看,三类材料各具特点,都具有一定的应用场景和市场空间。

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中国是当前全球最大的正极材料生产地,但动力锂电用正极材料的技术目前仍掌握在日韩及北美的企业手中。目前国内正极材料企业有20多家,产品集中在适用于消费型锂离子电池(应用于手机和平板电脑等消费电子类产品)的低端正极材料产品上,形成了较严重的产能过剩,正面临行业洗牌。部分国内企业正在寻求动力电池正极材料方面的技术突破,目前有10家左右的厂家形成了生产能力。

2、负极材料

与正极材料相比,负极材料发展相对比较成熟。商业应用中石墨类碳材料是最广泛应用的材料,技术成熟,市场价格相对稳定,但随着动力锂电对能量密度、功率、充电时间及稳定性等性能的要求不断提升,以钛酸锂为主的新型负极材料受到关注,但因为价格高昂,还没有得到市场普遍应用。预计随着市场应用的扩大,钛酸锂价格将会进入下行通道并得到广泛采用。

目前国内市场上,石墨类负极材料技术较为成熟,已经实现产业化,基本能够满足国内市场需要,但随着黑龙江、山东和内蒙古等主要产地大量开采石墨,近期产能一直处于相对过剩状态。深圳贝瑞特和上海杉杉是负极材料领域的龙头企业,两者市场份额合计超过五成。其中,贝瑞特以天然石墨为主,是三星最大的负极材料供应商;杉杉以人造石墨和中间相碳微球为主,主要客户包括比亚迪、力神、东莞新能源、比克等国内企业。

3、隔膜

除正极材料外,隔膜也是锂离子电池中技术含量及附加值较高的材料,其成本占电池成的20%-25%。目前日本及美国企业利用技术壁垒形成了寡头垄断市场,业内前四大企业日本旭化成、美国Celgard、日本东燃和日本Ube垄断了约75%的市场份额。

国内市场上,以中科科技、星源材质和金辉高科为主的一批国内企业率先实现消费型电池隔膜的量产,国内市场开始进入产能释放期,相关生产厂商超过35家。但是在高端的动力电池隔膜领域,外资企业仍占垄断地位,国内企业出货量份额不足10%。尽管我国过去几年中在隔膜生产上投入了大量资金,但受制于技术和设备因素,依然没有实现高端产品的突破,反而造成当前中低端市场产能过剩、价格战频发的情况。

4、电解液

锂离子电池的电解液由溶剂载体、电解质盐和添加剂组成,其中电解质盐是实现电解液导电功能的元素,是电解液的关键材料。六氟磷酸锂是锂离子电池最常用的电解质盐,具有电导率高、电化学稳定性强、不符实铝集流体(延长电池寿命)等优势。在2010年以前,六氟磷酸锂由StellaChemifa、关东电化学工业和森田化学等几家日本企业垄断,2011年之后,国内企业开始加速进入这一领域,国泰华荣、新宙邦和天津金牛等企业开始快速新建产能,目前已呈现产能过剩之势。

电解液核心六氟磷酸锂方面,我国企业已经实现了技术突破,拥有核心技术及量产能力,为电解液的发展提供良好空间。目前,国内具备独立生产六氟磷酸锂能力的多家企业都在积极扩大产能,龙头企业多氟多已于2014年投产2,000吨电解质生产线,九九久也已建成投产400吨的电解质生产线,新增1,600吨产能生产线也在建设中。

快速增加的六氟磷酸锂产能已经超出了市场实际需求。六氟磷酸锂的全球需求量约为5,000吨,而行业整体产能已超过市场需求量的两倍。事实上,产能过剩的负面效应已经显现。六氟磷酸锂的市场价格已由2010年的每吨33.5万元降至2013年的每年16万元。随着产能在今明两年集中释放,预计六氟磷酸锂价格将持续下降。

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