鋰電池行業(yè)綜述報告

1、鋰電池行業(yè)綜述報告1、 鋰電池分類和結構鋰電池主要是指在電極材料中使用了鋰元素作為主要活性物質的一類電池，包括鋰原電池與鋰二次電池。 鋰原電池是不能充電重復使用的， 二次電池是可以多次充放電使用的。鋰原電池主要有鋰錳電池、 鋰硫電池、 鋰亞硫酰氯電池、 鋰硫酰氯電池等。 手表、 計算器、計算機主板CMOS 中用到的 3V 鋰電池， 主要是鋰錳電池。 而通常所說的鋰電池， 如手機鋰電池，筆記本鋰電池，屬于鋰二次電池。鋰二次電池中最常見，也是應用最廣泛的是鋰離子二次電池，簡稱鋰離子電池。由于鋰離子電池具備可反復充放電的性質，而且在其工作過程中碳排放為零，因此在日常生活中，特別是大型儲能設備如車載用

2、電池中得到廣泛應用。另外，由于鋰離子電池環(huán)保安全及循環(huán)使用的特點，在電動工具、電動車、路燈備用電源、大型電力儲能設備以及手機、數(shù)碼相機、筆記本計算機等電子產品中得到廣泛應用，本文將重點著力于介紹鋰離子電池。鋰離子電池在結構上主要有五大塊：正極、負極、電解液、隔膜、外殼與電極引線。電池內部采用螺旋繞制結構，用一種非常精細而滲透性很強的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負極間間隔而成。正極包括由鈷酸鋰（或鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰等）及鋁箔組成的電流收集極。 負極由石墨化碳材料和銅箔組成的電流收集極組成。 電池內充有有機電解質溶液。 另外還裝有安全閥和PTC 元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻）， 以便電池在不正

3、常狀態(tài)及輸出短路時保護電池不受損壞。單節(jié)鋰電池的電壓為3.7V （磷酸亞鐵鋰正極的為3.2V） c由于電池容量也不可能無限大，因此常常將單節(jié)鋰電池進行串、并聯(lián)處理，以滿足不同場合的要求。（一 ）正極材料1. 鈷酸鋰( LiCoO2 )鈷酸鋰也是目前應用最為廣泛的正極材料， 鈷產生 3.9V 的電壓平臺， 對鈷酸鋰而言，對應于其理論容量，高達274mAh/g ，實際容量可達155mAh/g ，具有很高的能量密度。主要應用于便攜電池領域：如手機、PDA、移動DVD、MP3/MP4和筆記本電腦等。2. 鎳酸鋰( LiNiO2 )在鎳酸鋰電池中，化學離子對Ni4+/Ni3+ 可產生 3.75V 的電壓

4、平臺，提供接近200mAh/g 的循環(huán)容量。 但在實際中， 很難得到這個結果。 首先在高溫下， 由于 Li 的揮發(fā)，很難合成化學計量比 LiNiO2 ，高溫時六方相的 LiNiO2 晶體很容易轉變?yōu)榱⒎较嗟?LiNiO2晶體。這種鋰鎳置換的立方的沒有電化學活性，而且該反應的逆過程很慢并且不完全。此外在充放電過程中， LiNiO2 還可能發(fā)生其他一系列的結構變化， 而導致嵌鋰容量的損失。因此實際上鎳酸鋰無太大實用價值。3. 鎳鈷二元復合材料考慮到鈷酸鋰價格昂貴， 鎳酸鋰合成困難， 研究人員開發(fā)出鎳鈷二元材料結合了二者的優(yōu)點，用價格相對低廉的鎳替代部分鈷，合成具有LiCoO2 一樣的優(yōu)良電化學性能

5、的正極材料，那么將具有廣闊的應用前景。4. 尖晶石錳酸鋰( Li2Mn2O4 )尖晶石錳酸鋰能夠產生4.0V 的電壓平臺，與鈷酸鋰相當， 理論容量 148mAh/g ，實際容量 120mAh/g 左右， 比現(xiàn)在所用的鈷酸鋰稍低。與鈷酸鋰和鎳酸鋰相比，錳酸鋰原料來源廣泛，價格非常便宜(只有鈷的 10% )，而且沒有毒性，對環(huán)境友好。曾一度被認為是替代 LiCoO2 的首選鋰離子電池正極材料。但是尖晶石Li2Mn2O4 容量容易衰減的。5. 磷酸鐵鋰( LiFePO4 )1997 年， Goodenough 等研究人員首次報道了橄欖石型的磷酸鐵鋰(LiFePO4) 可用其中的鋰離子可以完全從晶格中

6、脫出形成層狀FePO4 ， 其相對于鋰的電極電壓為 3.5V ，理論容量為 170mAh/g 。6. 材料性能綜合評價綜上所述， LiCoO2 的研究比較成熟，綜合性能優(yōu)良，但價格昂貴，容量較低，毒性較大。 LiNiO2 成本較低，容量較高，但制備困難，材料性能的一致性和重現(xiàn)性差，存在較為嚴重的安全問題。鎳鈷二元復合材料，兼有LiNiO2 和 LiCoO2 的優(yōu)點，但仍存在較為苛刻的合成條件，綜合性能有待改進。同時由于含較多昂貴的 Co ，成本也較高。尖晶石 Li2Mn2O4 成本低，安全性好， 但循環(huán)性能尤其是高溫循環(huán)性能差，在電解液中有一定的溶解性，儲存性能差。因此上述鈷酸鋰、鎳酸鋰、錳酸

7、鋰及其同類正極材料尚不能滿足要求。 磷酸鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事， 國內開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005 年7 月（比亞迪公司）。其充放循環(huán)壽命達2000 次，過充電壓30V 下不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料類鋰離子電池更易串聯(lián)使用，以滿足電動車頻繁充放電的需要。由于同時具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優(yōu)點，磷酸鐵鋰可視為是新一代鋰離子電池的理想正極材料。（二 ）負極材料目前，鋰離子電池所采用的負極材料一般都是碳素材料，如石墨、軟碳（如焦炭等）、硬碳等。正在探索的負極材料有氮化物、 PAS 、錫基氧化物、錫基氧化物、錫合金，以及納米

8、負極材料等。作為鋰離子電池負極材料要求具有以下基本性能：（ 1 ）鋰離子在負極基體中的插入氧化還原電位盡可能低，接近金屬鋰的電位，從而使電池的輸出電壓高；（ 2 ）在基體中大量的鋰能夠發(fā)生可逆插入和脫插以得到高容量密度；3）氧化還原電位不會發(fā)生顯著變化，可保持較平穩(wěn)的充電和放電；（ 4 ）插入化合物應有較好的電導率和離子電導率，這樣可減少極化并能進行大電流充放電；（ 5 ）從實用角度而言，主體材料應該便宜，對環(huán)境無污染；碳負極鋰離子電池在安全和循環(huán)壽命方面顯示出較好的性能， 并且碳材料價廉、 無毒，目前商品鋰離子電池廣泛采用碳負極材料。 近年來隨著對碳材料研究工作的不斷深入， 已經發(fā)現(xiàn)通過對石

9、墨和各類碳材料進行表面改性和結構調整，將比容量從原來的理論值372mAh/g ,大大提高到700mAh/g1000mAh/g ,同時使鋰離子電池的比能量大大增加。目前，已研究開發(fā)的鋰離子電池負極材料主要有：石墨、石油焦、碳纖維、熱解炭、中間相瀝青基炭微球（ MCMB ）、炭黑、玻璃炭等，其中石墨和石油焦最有應用價值。一般來說，根據(jù)石墨化程度，可將碳負極材料分成石墨、軟碳和硬碳。石墨材料導電性好，結晶度較高具有良好的層狀結構， 充放電容量可達300mAh/g 以上， 充放電效率在 90% 以上，可與提供鋰源的正極材料鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰等匹配，組成的電池平均輸出電壓高，是目前鋰離子電池應用最多

10、的負極材料。軟碳材料為容易石墨化的碳素材料，是指在2500 以上的高溫下經過石墨化轉變的無定形碳。軟碳的石墨化程度低，與電解液的相容性好。常見的軟碳有石油焦、針狀焦、碳纖維、碳微球等。而硬碳材料是指難于石墨化的碳素材料，是由高分子聚合物經過熱分解形成的，鋰容量很大（5001000mAh/g ）。這類碳在 2500 以上的高溫也難以石墨化，常見的硬碳有樹脂碳（酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂、聚目前，已研究開發(fā)的鋰離子電池負極材料主要有：石墨、石油焦、碳纖維、熱解炭、中間相瀝青基炭微球（ MCMB ）、炭黑、玻璃炭等，其中石墨和石油焦最有應用價值。（三 ） 電解液基質目前鋰電池電解液基質絕大多數(shù)使用六氟磷酸鋰

11、，其分子式為 LiPF6 ，白色晶體，穩(wěn)定性較差，易與水反應，加熱分解。六氟磷酸鋰可溶于無水氟化氫、低烷基醚、腈、吡啶和醇等非水溶劑，但難溶于烷姓和苯等有機溶劑。LiPF6易與酸反應生成PF5和鋰鹽，含有LiPF6的有機電解液因具有良好的導電性和電化學穩(wěn)定性，被選定為鋰離子電池的電解質。綜上，鋰離子電池各部分材料市場價格如下:低端人造石筆4KT萬/噸中高端人造石墨672萬/噸低端天然石黑2-4萬，噸中高端天然石墨6-10萬/噸氯化牯7. 6 萬/噸+4001)氯化燃3. 4萬/噸氯化鎰0. 7w/t碳酸鋰£99處1 2萬/噸碳酸鋰(995)4.5萬/噸鉛酸鋰(CSL)24. 5-2H

12、r 5 萬/噸輔酸鋰(MSL)4. 37. 8 萬/噸三元材料3Q+型：17萬/噸§32型： 出5萬/噸 442型：¥6. 2萬/噸磷酸鐵鋰13萬/噸空萬/噸 18萬/噸電解液普通型k8-10萬/噸電解液dm10-15萬/噸(四)隔膜鋰電池隔膜是鋰電池結構中最重要的一部分。現(xiàn)在要求隔膜白厚度一般為25微米，單 層隔膜可能達到的厚度為7-40微米。隔膜通常有兩種類型。一、選用聚乙烯-聚丙稀-聚乙 烯三層合拼隔膜紙，目前有美國Celgard及日本UBE。制造此類型隔膜特點在于降低成本， 但制造工藝復雜，對超薄16微米以下尤為難做到。二、單層聚乙烯隔膜，目前有日本的 旭化成、東燃

13、、美國的ENTEK三家公司。此類型隔膜由于是單層聚乙烯，故生產成本較 高。日本優(yōu)質電池隔膜幾乎全部采用單層聚乙烯隔膜。WIDE公司的隔膜紙產品也采用單層聚乙烯隔膜。電池的正負極之間的隔膜，首先它必須具備良好的電絕緣性， 其次由于它在電解液中 處于浸濕狀態(tài)，必須具備良好的耐堿性，并且要有良好的透氣性等。因此電池制造商在選 擇隔膜時多選用在較廣的溫度范圍內(-55 C85 C)保持電子穩(wěn)定性、體積穩(wěn)定性、和化 學穩(wěn)定性。隔膜性能的好壞在很大程度上將影響電池的循環(huán)壽命和自放電狀況。因此，透氣性、厚度、阻抗的設計成為判別電池品質好壞的重要指標。對于鋰電池，如果隔膜的隔膜孔洞不好，將影響鋰離子在正負極之

14、間的傳遞，繼而影響鋰電池的充放電。2、 鋰電池產業(yè)發(fā)展分析(一)國內鋰電池發(fā)展刺激政策電動汽車對中國戰(zhàn)略意義重大，政府動作頻頻。作為汽車生產和消費大國，中國由于 在傳統(tǒng)汽車制造領域處于絕對落后， 因此政府非常重視電動汽車的研發(fā)， 希望借此實現(xiàn)跨 越式發(fā)展，縮小汽車這個支柱產業(yè)與世界先進水平的差距。從近些年政府政策制定看，對 電動汽車的支持力度很大。繼2009年1月，由科技部、財政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部 共同啟動十城千輛工程之后，2010年6月，財政部、科技部、工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展 改革委聯(lián)合發(fā)布了關于開展私人購買新能源汽車補貼試點的通知，備受關注的新能源 汽車補貼實施細則正式出臺。實施

15、細則確定在上海、長春、深圳、杭州、合肥等5個城市啟動私人購買新能源汽車補貼試點工作，政策明顯傾向發(fā)展鋰電池電動汽車， 對插電式混合動力乘用車及純電動車每輛最高補貼 5萬和6萬元，對弱混電動車每輛僅補貼3000元。市場推E策(1)科技部“十城千輛”計劃：每年發(fā)展10個城巾，每個城市推出1000輛 新型動力汽車開展示范運行，涉及公交、出租、公務、市政等領域，將至少推廣使用6萬輛的節(jié)能與新能源汽布；2009年9月，國家電網公司宣布其正在北京、 上海和其他大型城市建造電動車充電站，每座充電站投資額為 25萬元人民幣；(3)科技部目前正在考慮建造可插入汽車充電的充電站，而另一種是鋰離子電池交換站，汽車在

16、此可將用盡的電池交換一塊充滿電的電池；2009年10月，通用透露正與國家電網商討合作，以建立電動車充電 平臺。經濟優(yōu)惠政策(1)財政部補貼計劃：在上海、長春、深圳、杭州、合肥等 5個城市啟動私人購買新能源汽布補貼試點工作，政策明顯側向發(fā)展鋰電池電動汽布，對插電式混合動力乘用車及純電動車每輛最高補貼5萬和6萬元，對弱混電動車每輛僅補貼3000元。(2)將通過應用汽布消費者稅等各種稅費政策，引導新型動力汽布消費；(3)目前正在研究通過所得稅減免、 進口稅收優(yōu)惠等政策，支持企業(yè)加大對新能源汽布的投入和技術改造的力度；(4)科技部會同重慶市政府將對長安杰勛混合動力汽布購買者提供每輛2萬元的補貼。法律強

17、制政策結合研發(fā)經費補助從2008年至2012年，湖南省和株洲、湘潭市每年共安排 4500萬元資金，專項用于電動汽車產業(yè)的發(fā)展；(2)國家電網公司正在加快建設電動汽布能源供給系統(tǒng)檢測實驗室，為開展電動汽布能源供給系統(tǒng)相關技術研究提供試驗手段；正在積極開展電動汽布 供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)和電池系統(tǒng)等標準規(guī)范的研究和制訂工作，目前已經完 成了公共能源供給系統(tǒng)標準體系第一批 6套標準規(guī)范的起草工作；此外還將 開展電動汽布相關配套政策的研究，為政府出臺相關政策提供決策支持。(二)國外刺激政策為了加速本國電動汽車產業(yè)發(fā)展，占領未來行業(yè)競爭的制高點，西方各國紛紛推出電動汽車產業(yè)扶持政策，加大在相關領域的研發(fā)投入

18、。從政策著力點考慮，政策可包括2方面：供給端政策和需求端政策。供給端政策主要是加大基礎材料的研發(fā)投入，加快充電站等相關配套設施建設和相關人員培訓等。需求端政策主要是購車補貼，稅收優(yōu)惠，政府采裹1.各國電劫汽車扶持改安第零破注<>!供險端：政府將投贊24億美元用于他跳電池“炮件.電動隼及其蛆件以隹眼粢£址泣氈的女晟.翕求靖：能子的買電動率的消疊者250口.7500美元的整秋$兔優(yōu)息. 20123% 女國城郭政乾嘮車中一半是插電式.北萍向力盧"東塞電時 汽車.引巧：2015工尖國產髀行試的砧也式電動車逃到100萬福法國供給浦：總我營20億歐元.用于電池叫相關蛆件的開

19、發(fā).公共役造愛漢,2020營建我4口Q萬人i>| 2012 4-所有漫督陣聿場的僭建公 富的瓜士瓶連簾設置汽車比電站七：，.二二1二1 -：, ：.政府，對一電動甩冷惟5D0D吃力的補貼;魏國累隼述：2011昆式前將投入5億歐元M于有耗電動車的產變,在耗電明卒推廣.電池刊紀出乩糙環(huán)利用.充電談潴近設等才的： 京卡瑞：W狗工也動車的由用者拇飛上位弗的兄比共選，電動率的工 補貼弓場二E在研常之中購電動車等措施。英國西HE才日呆計劃HE %：億英蜂眄帝H町十支葉電對聿.通與動力車和其他新稅算 車妁惠晨.計劃軻2014年*尊上檸*tM也域率達到1 W萬*I.隹用戲:2009和2。1。*1 *介抑

20、也者3 口仔耳元大力支材新一代電也 技能的基礎稈亮：鏟刷韭L皆26億日元，丸撲為了門-代虹池近時而 窿行的技術開*:分別投資26憶日堂*124瓶日無用于電動牟和瑰 合動力率充電站的改說：富求這：狼救奉我,挑胸包諳斗杼在丹25萬己心的4貼：個人汨中 者購買電動車*牝車制種工稅和梃：向地方收牌提倍料貼以酢科 開發(fā)充電設為的威,張：（三）鋰離子電池市場現(xiàn)狀及需求前景分析鋰離子電池具有工作電壓高、體積小、無記憶效應、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長等優(yōu)點，目前已廣泛應用于手機、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機和攜帶式電動工具等領域, 其中筆記本電腦占23%,手機占50%,為最大應用領域。鋰離子電池自1992年

21、由索尼公司產業(yè)化以來，全球鋰電池市場基本由日本獨霸天下。 近年來，隨著中國和韓國的迅速崛起，日本鋰電池的市場分額逐漸減少，全球鋰電池產業(yè) 形成了中、日、韓三分天下的格局。隨著手機、筆記本電腦等便攜電器設備的發(fā)展，全球鋰離子電池的市場規(guī)模廣闊目前鋰電池的主要應用領域為筆記本電腦和手機1998年至今，全球鋰離子電池需求量持年均兩位數(shù)以上的增長。在全球新一代 3G移動通訊技術、互聯(lián)網、數(shù)字化娛樂便攜設備逐步普及的情況下，筆記本電腦、手機、上網本、數(shù)碼產品、游戲機等消費電子領域的需求將繼續(xù)保持旺盛的增長。，次鋰電池應用領域電動E具其它5.63%8.76%堡把本電腦 it ”，口 用j j川 H.51%

22、手機 45.06%電動汽車對鋰電池材料消耗量相當于傳統(tǒng)電池的上萬倍。由于電動汽車需要的是大功 率電能，因此實際使用過程中，往往使用上千個電芯串聯(lián)成電池組以保證能量的供應。以日本尼桑公司2010年推出純電動車型LEAF為例，鋰電池容量為24kWh ,是標準手機電池容量的12000倍。因此，電動汽車對鋰離子電池材料的需求很大。據(jù)測算，一臺純電 動汽車需要40-50公斤的正極材料和電解液，是單個手機電池耗用量的一萬倍左右表人動力電池容量當傳統(tǒng)電池對比 容量（Wh）時應18650電也數(shù)電動車200002500品合動力100。125筆記本708.8手機30.4根據(jù)測算，僅生產100萬輛電動車所需的鋰離子

23、電池相關材料，就將是目前全球鋰電池材料總需求量的數(shù)倍因此，電動汽車的推廣將帶動鋰離子電池相關材料的需求呈現(xiàn)爆發(fā)性增長。圖表與 電動汽車 GEV）全球銷售預測IEV金輦隼媯青量利主要會就金革壽蒿泉金目前百萬輛電動車磷躡鋰電斷液隔膜圖6、電動汽車帶動起電池材料爆發(fā)性增度5000040000300OT20000 WOOO0三、鋰電池技術分析（一）材料比較鋰電池的市場將會爆發(fā)性增長，已經無需置疑。電動汽車產量的快速擴張必將帶動對 鋰電池材料的需求。鋰電池主要由4部分構成，即電極、電解液、隔膜和包裝材料。其中, 包裝材料和石墨負極技術相對成熟， 成本占比不高。鋰離子電池的核心材料主要是正極材 料、電解液

24、和隔膜。其中，正極材料是鋰離子電池電化學性能的決定性因素。正極材料占鋰電池成本的比例超過40%,是最主要的構成部分。電解液和隔膜，成本 占比分別為10%和20%。由于目前鋰電池核心材料仍處于研發(fā)階段，離大規(guī)模成熟應用于電動汽車仍有一定距離，國內企業(yè)仍需要持續(xù)研發(fā)，改進工藝，以滿足電動汽車對材料的更高要求。綜合技 術、產品盈利能力和需求增長幅度，對各子行業(yè)排序如下:1. 從技術成熟度考慮，電解液> 磷酸鐵鋰 = 六氟磷酸鋰> 隔膜。電解液主要是復配技術，技術最為成熟，不存在新產品替代的風險，風險因而最低；與之相對，磷酸鐵鋰的技術路線風險最高，日韓企業(yè)基本采取三元材料和高端錳酸鋰的技術

25、路線。另一方面，國內磷酸鐵鋰的生產取得一定突破， 但一致性目前仍未得到有效解決， 國內絕大多數(shù)生產企業(yè)都還處于小量送樣階段，未實現(xiàn)工業(yè)化量產；六氟磷酸鋰的技術路線風險相對較低，但產品要求嚴格，工業(yè)化生產難度很高；隔膜的難點不在合成而在于工藝，國內相對落后的應用研究，導致隔膜成為鋰電池核心材料中，國產化率最低，也是生產難度最大的材料。2. 從產品收益率考慮，隔膜>六氟磷酸鋰>磷酸鐵鋰 > 電解液。技術門檻的高低，決定了產品盈利的高低。因此，佛塑股份的隔膜雖然質量落后于國際巨頭，定位中端，仍然具有 60% 以上的毛利率。而江蘇國泰的電解液，定位高端，毛利率預計在30%-40% 左

26、右。六氟磷酸鋰和磷酸鐵鋰，預計盈利能力介于兩者之間。3. 從動力電池帶來的需求增長幅度考慮，磷酸鐵鋰>隔膜 > 電解液 =六氟磷酸鋰。由于磷酸鐵鋰不能用于傳統(tǒng)小型鋰電池，因此動力電池對其的需求拉動最為顯著；動力電池對隔膜安全性要求很高，目前主要使用3 層復合隔膜，因此大大提升了隔膜的需求量。而傳統(tǒng)鋰電池領域的約 1.5 億平米左右的需求量，決定了其需求彈性略低于磷酸鐵鋰；六氟磷酸鋰與電解液基本保持1 ： 10 的比例，因此兩者的需求彈性相同。（二 ）存在問題磷酸鐵鋰的一致性問題有待解決。國內目前對于鋰離子電池的研究，大多數(shù)集中于正極材料。各種正極材料都有各自的優(yōu)缺點，因此都需要通過

27、工藝改進提高其性能。目前，通過摻混技術、碳包覆、納米制程以及一些其它工藝，改善正極材料的循環(huán)壽命、提高電化學性能成為研究熱點。 對企業(yè)而言， 掌握合成工藝僅僅是第一步， 大批量供貨的情況下，如何保證產品質量的批次穩(wěn)定性是更為重要的環(huán)節(jié)。 由于磷酸鐵鋰對合成工藝條件的要求更為苛刻，這就對企業(yè)從原料采購、工藝控制、現(xiàn)場管理、產品檢驗等各方面都提出更高 要求。六氟磷酸鋰質量難控制，合成難度高。鋰電池的電解質主要是六氟磷酸鋰，其生產的主要原料為無水氫氟酸和五氟化磷，均為氟化工產品。生產過程中，反應流程長，工藝條件嚴苛，產品純度要求高。目前行業(yè)標準要求水分小于30ppm ，游離酸小于10ppm ，要求極

28、為苛刻。因此生產企業(yè)若沒有重化工生產經驗，尤其是氟化工的技術積累，很難做到穩(wěn)定高效的生產出合格產品。隔膜生產工藝極難掌握，技術壁壘很高。生產隔膜的原理并不復雜，主要難點在于提高隔膜孔隙率、降低隔膜厚度的同時還要保證隔膜的機械強度。由于原理簡單，理論研究很少。而生產工藝難度極高，核心技術掌握在少數(shù)幾家手中，因此應用經驗也很少。（三 ）正極材料發(fā)展分析1. 鈷酸鋰：目前最成熟的，唯一商品化的鋰離子電池正極材料，主要應用于手機、筆記本電腦、數(shù)碼相機等便攜式數(shù)碼產品以及電動玩具等。優(yōu)點：材料的加工性能很好，密度高，比容量相對較高，材料的結構穩(wěn)定，循環(huán)性能好，材料的電壓平臺較高且比較穩(wěn)定缺點：價格昂貴、

29、容量幾乎發(fā)揮到了極限、資源緊缺、安全性差。未來方向：在傳統(tǒng)鋰離子電池領域，鎳鈷鋰和鎳鈷錳鋰三元材料是最有希望代替。鈷酸鋰的正極材料。安全性差和過高的成本，限制了其在動力電池領域的大規(guī)模應用。傳統(tǒng)電池領域，鈷酸鋰也面臨成本更低的三元材料和錳酸鋰的挑戰(zhàn)。由于鈷酸鋰工藝成熟，基數(shù)較大，因此未來數(shù)年內仍將占有正極材料大部分市場份額。根據(jù)IIT 報告的預測，到2012 年， 全球對正極材料的需求量約為 7.67 萬噸， 其中鈷酸鋰需求量約3 萬噸， 占比約40%，仍舊是第一大消費品種。 09 年到 2012年，鈷酸鋰復合增長率9.32% ，多元材料復合增長率 37.05% ，錳酸鋰復合增長率79.56%

30、 ，磷酸鐵鋰復合增長率114.72% 。磷酸鐵鋰和錳酸鋰的增速明顯高于其它產品，主要得益于其在動力電池中的應用。2. 錳酸鋰和三元材料錳酸鋰是除鈷酸鋰外研究最早的正極材料，適合于電動工具、礦燈電池和手機電池等對容量要求不高的領域。優(yōu)點：安全性較高， 尤其是高溫下的穩(wěn)定性較好。電解錳目前價格僅 1.8 萬元， 具有明顯成本優(yōu)勢。缺點：比容量較低，高溫循環(huán)性能目前還沒有得到較好的解決，未來方向：小型鋰電池市場，日本研發(fā)的高端錳酸鋰材料可用于動力電池。鎳鈷錳三元材料同樣也是非常有前途的正極材料，有望在小型鋰電池領域替代鈷酸鋰。優(yōu)點：高容量的正極材料，比容量可以達到 180mAh/g 以上，安全性較好

31、，成本低，與電解液的相容性好，循環(huán)性能優(yōu)異，缺點：合成困難、合成條件苛刻、合成材料的穩(wěn)定性差；電壓平臺相對較低，只有3.55v 左右；密度相對較低；充電電壓較高，達到了 4.5v 左右。未來方向：主要是小型鋰離子電池市場，也有望進入動力電池市場。3. 磷酸鐵鋰： 磷鐵酸鋰材料是最近兩年才快速發(fā)展起來的正極材料， 其低廉的價格，較高的安全性能， 較好的結構穩(wěn)定性， 優(yōu)越的循環(huán)性能使得其作為動力電池和備用電源領域有廣闊的應用前景。高安全性和熱穩(wěn)定性是磷酸鐵鋰的突出優(yōu)點。在針刺和擠壓實驗中，磷酸鐵鋰電池不發(fā)熱、不冒煙、不起火。在過充實驗中，將電池過充到 4.5V ，過放至 0V ，電池循環(huán)100次，

32、外觀無任何異常，容量保持率達到 84% ，表現(xiàn)堪稱優(yōu)異。對于動力電池領域，安全性 是首要考慮的因素。 正是憑借磷酸鐵鋰在安全性方面的優(yōu)勢， 基本確立了其現(xiàn)階段汽車動 力鋰電池的正極材料首選的地位。磷酸鐵鋰的主要缺點是振實密度低，體積比容量低，電導率低，低溫放電性能差，倍率放電差等問題。其中，振實密度和體積比容量低對動力電池來說，問題并不嚴重。目前，磷酸鐵鋰已經成為我國動力鋰電池行業(yè)的主流選擇，比亞迪的電動汽車正是采用這種材料。全球供給高度集中。由于磷酸鐵鋰能量密度較低，需要采用碳包覆等技術對其進行改性，提高了磷酸鐵鋰的生產難度和成本。目前，國際上磷酸鐵鋰的生產商主要有美國的A123 、 Val

33、ence 和加拿大的 phostech 公司。據(jù)估計， A123 和威能公司產能合計約 1000噸， phostech 公司產能約 750 噸。由于 A123 和威能的磷酸鐵鋰全部自用，不對外銷售原料， 因此國內磷酸鐵鋰的供應主要靠phostech 、 天津斯特蘭公司和北大先行等極少數(shù)幾家。 phostech 、天津斯特蘭產能均為 500 噸，北大先行宣稱產能2000 噸，實際產量大大低于產能。國內市場群雄并起，行業(yè)格局有待規(guī)范。合成難度大，產品供不應求，導致全球磷酸鐵鋰價格居高不下。磷酸鐵鋰目前國內廠家的產品一般在15-18 萬/噸，美國 A123系統(tǒng)公司和 Valence 公司報價在20-

34、30 萬/ 噸。目前，由于磷酸鐵鋰尚處于市場導入期，前期研發(fā)和市場開拓費用較高，行業(yè)內公司，無論是國際巨頭如 A123和valence還是國內企業(yè)如天津斯特蘭和北大先行，普遍虧損。磷酸鐵鋰未來廣闊的前景，吸引眾多資本熱情投入。 據(jù)粗略統(tǒng)計， 國內目前從事磷酸鐵鋰合成的公司多達100 家左右。 由于正極材料規(guī)模效應顯著， 未來行業(yè)必將進行整合， 僅有少數(shù)技術和產品質量領先的公司能夠笑到最后。（四 ） 電解液發(fā)展分析電解液主要原材料為六氟磷酸鋰，占電解液成本的 50%左右，其生產成本為 10 萬元 /噸，售價為 40 萬元 /噸，毛利率高達75% 。六氟磷酸鋰合成難度較高，整個生產過程涉及高溫、低

35、溫、真空、高壓、腐蝕性強、易燃易爆和劇毒化學品，對設備和人員要求高、工藝難度極大。 森田化工在張家港的建設年產 300 噸六氟磷酸鋰的工廠， 照搬日本工廠的成熟設備和工藝，仍然歷時 3 年才穩(wěn)定達產，可見工藝難度之高。難點在于雜質控制。電解液對六氟磷酸鋰的純度要求極高，行業(yè)標準要求水分小于30ppm ， 游離酸小于10ppm 。由于六氟磷酸鋰本身具有吸潮性，因此高純原料的獲取和生產過程中雜質控制和產品提純都是關鍵因素。較高的技術門檻，導致極高的市場集中度，市場主要被關東電化學工業(yè)、 STELLA 、森田化學等幾家日本企業(yè)壟斷。國內目前僅有天津金牛能實現(xiàn)工業(yè)化生產，產量約 80 噸，產品全部自用

36、不對外銷售。江蘇國泰和多氟多正在進行中試生產。發(fā)展趨勢：長期看，新電解質體系的開發(fā)將是大勢所趨。六氟磷酸鋰材料的熱穩(wěn)定性較差，從 60 開始就有少量分解，在較高溫度或惡劣的環(huán)境下，分解的比例大大增加，產生氫氟酸等游離酸， 會使電解液酸化， 最終導致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。同時六氟磷酸鋰易潮解，而水分是電解液的大敵。近些年，草酸硼酸鋰鹽在電解液中的應用逐漸引起關注。 用草酸硼酸鋰鹽配制成的電解液有抗過充、阻燃等功能，形成的 SEI 膜非常穩(wěn)定，滿足動力電池高安全性的要求。更長遠看，聚合物鋰電池可能成為鋰電池未來的發(fā)展方向。由于用固體電解質代替了液體電解質,與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合

37、物鋰離子電池具有可薄形化、 任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點， 也不會產生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此外殼材質可以更輕，從而可以提高整個電池的比容量。此外,聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比普通鋰離子電池有所提高。（五 ） 隔膜發(fā)展分析隔膜生產難度最高，盈利最豐厚。在鋰電池中主要作用是防止正負極短路，同時在充放電過程中提供離子運輸?shù)碾娡ǖ馈?由于鋰離子電池具有工作電壓高， 隔膜材料與高電化學活性的正負極材料應具備優(yōu)良的相容性，同時還應具備優(yōu)良的穩(wěn)定性、耐溶劑性、離子導電性、電子絕緣性、較好的機械強度、較高的耐熱性及熔斷隔離性。滿足鋰電池的特殊需求的同時，還要滿足制膜工藝的可

38、行性，涉及多學科領域，因此隔膜研發(fā)進展緩慢。目前一般采用聚丙烯、聚乙烯單層微孔膜，以及由兩者復合制成多層微孔膜作為隔膜。以聚丙烯為例，原料成本僅8 千元 /噸，而加工制成隔膜后，價格可達300 萬元 / 噸，升值數(shù)百倍。鋰電池隔膜供給高度集中，嚴重依賴進口。隔膜的主要技術掌握在少數(shù)企業(yè)手中，集中度很高。國外的隔膜生產主要集中在美國的 celgard 公司和日本的旭化成、東燃和宇部。由于技術壁壘較高，投資風險大，國內企業(yè)的投資熱情并不高。國內能夠生產鋰電池隔膜的，僅有佛山金輝高科（佛塑股份的子公司）、新鄉(xiāng)格瑞恩、桂林新時代和深圳星源材質 4 家公司，產品質量與國外同類相比，仍存在較大差距。其中，佛山金輝的產品質量相對較好， 供應中低端市場。 國內中高端市場， 主要由東燃、 旭化成和 celgard 公司壟斷。根據(jù)國內鋰離子電池產量估算， 國內隔膜的年需求量約 2 億平米左右。 國內龍頭佛山金輝的產量僅 1200 萬平米，即使考慮其它幾家公司有限的產量，供給也遠低于需求。佛山金輝的產品雖然主要用于中低端市場，毛利率仍然高達60% 以上。未來發(fā)展方向：更薄、更安全。鋰離子電池隔膜的發(fā)展，是隨著電池需求的不斷變化而不斷發(fā)展的。從需求看，鋰電池正朝著更安全和更輕薄兩個方向發(fā)展。數(shù)碼產品電池方面，為迎合美觀和便攜的需求，未來的鋰電池將