鋰電池相關(guān)材料

對(duì)鋰電池產(chǎn)業(yè)的初步認(rèn)識(shí)陳俐一、電池分類一次電池：也稱為原電池，活性物質(zhì)只能使用一次的電池，如：一次性堿性電池二次電池：經(jīng)充電后可繼續(xù)使用的電池，包括：鉛酸電池、鎳氫電池、鎳鎘電池、鋰電池太陽(yáng)能電池：通過光化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為電能，可分為：多晶硅電池、非晶硅薄膜電池等。燃料電池：將燃料與氧化劑中化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電裝置。外表上看有正負(fù)極和電解質(zhì)等，像一個(gè)蓄電池，但實(shí)質(zhì)上它不能“儲(chǔ)電”而是一個(gè)“發(fā)電廠”二、電池性能比較項(xiàng)目原電池鉛酸電池鎳鎘、鎳氫電池鋰離子電池燃料電池性能性能適中性能適中高功率放電能量密度高能量密度高

能量密度中差中好好功率差中較好好中使用壽命差中好好好成本好好中較差差環(huán)保性差差中好好技術(shù)成熟度好好較好較差差優(yōu)點(diǎn)成價(jià)、術(shù)成熟性好高倍率放術(shù)、熟充能量密度憶環(huán)自記電保型/能量密度高、能量轉(zhuǎn)換性能好、低污染缺點(diǎn)低環(huán)密度能量密度壽命低環(huán)-自放鎳鎳顯染鎳鎘鎘W未率能高功技術(shù)尚未成熟技術(shù)參數(shù)鎳鎘電池鎳氫電池鋰離子電池工作電壓（V）1.21.23.6-3.9重量比能量（Wh/Kg）5065105-140體積比能量（Wh/L）150200300-350充放電壽命（次）5005001000自放電率（%/月）25-3030-356-9有無(wú)記憶效應(yīng)有有無(wú)有無(wú)污染有 無(wú)無(wú)三、鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈一）上游：正極材料、負(fù)極材料、隔離膜、電解液1、正極材料：中國(guó)目前正極材料主要包括鈷酸鋰、三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰。幾種鋰電池正極材料性能比較正極材料鉆酸鋰鉆鎳錳酸鋰錳酸鋰磷酸鐵鋰工作電壓（V）3.6V3.7V3.8V3.4V電容率(mAh/g)145170110140循環(huán)壽命（次）>500>500>500>1000價(jià)格高較咼低較低安全性低較低較好好應(yīng)用領(lǐng)域小電池小電池（主）/小型動(dòng)力電池動(dòng)力電池（主）/小電池動(dòng)力電池/超大容量電池鈷酸鋰依然是國(guó)內(nèi)小型鋰電領(lǐng)域正極材料的主力；三元材料和錳酸鋰主要在小型鋰電中應(yīng)用，在電動(dòng)自行車和電動(dòng)工具中也有部分使用；磷酸鐵鋰目前主要使用在電動(dòng)工具盒電動(dòng)汽車領(lǐng)域。隨著動(dòng)力電池的發(fā)展，國(guó)內(nèi)廠家大多傾向于采用磷酸鐵鋰材料。它是一類新型的鋰離子電池用正極材料。該類材料具有高的能量密度、低廉的價(jià)格、優(yōu)異的安全性等特點(diǎn)，特別適用于動(dòng)力電池。它的出現(xiàn)是鋰離子電池材料的一項(xiàng)重大突破，現(xiàn)已成為各國(guó)競(jìng)相研究的熱點(diǎn)。目前磷酸鐵鋰被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的動(dòng)力電池正極材料。國(guó)內(nèi)主要?jiǎng)恿﹄姵刂杏螐S商生產(chǎn)磷酸鐵鋰產(chǎn)能情況：貝特瑞800噸/年，天津斯特蘭500噸/年，北大先行500噸/年，合肥國(guó)軒500噸/年，新鄉(xiāng)華鑫500噸/年，深圳天驕350噸/年，北京鋰先鋒200噸/年，煙臺(tái)卓能200噸/年。動(dòng)力鋰電池的發(fā)展給鋰電正極材料的成長(zhǎng)帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)空間，應(yīng)用于這類材料在未來(lái)的增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。據(jù)IIT（日本對(duì)動(dòng)力鋰電池能量需求的預(yù)測(cè)：2010年到2012年動(dòng)力鋰電池汽車對(duì)鋰電能量的需求增長(zhǎng)率為137%，預(yù)計(jì)2018年動(dòng)力鋰電池的總能量將達(dá)到350億Wh，而2009年小型鋰電的總能量需求約為48億Wh.。分析動(dòng)力鋰電的能量需求及汽車鋰電生產(chǎn)商對(duì)正極材料的選擇，按照錳酸鋰的能量密度約370Wh/kg，磷酸鐵鋰約432Wh/kg，三元材料約525Wh/kg為計(jì)算依據(jù)，未來(lái)10年世界動(dòng)力鋰電正極材料市場(chǎng)需求變化趨勢(shì)如下：未來(lái)10年世界動(dòng)力鋰電正極材料市場(chǎng)需求變化趨勢(shì)單位：噸總體來(lái)看，鋰電正極材料行業(yè)正處于朝氣蓬勃的青壯年期，將長(zhǎng)期處于快速增長(zhǎng)階段。在未來(lái)10年內(nèi)將保持年均22.8%的增長(zhǎng)率，尤其是2012年動(dòng)力鋰電池的大規(guī)模商業(yè)化將使得鋰電正極材料需求量的年增長(zhǎng)率超過40%，市場(chǎng)總量將超過8萬(wàn)噸。未來(lái)10年鋰電正極材料產(chǎn)量預(yù)測(cè)單位：噸2、 負(fù)極材料：一般為各種碳材料和和金屬氧化物，鋰離子電池廣泛采用碳材料種類繁多，目前研究很多且很成功的碳負(fù)極材料有石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纖維、裂變聚合物和裂解碳等碳負(fù)極材料。與正極材料相比，負(fù)極材料占鋰電池成本比重較低，且國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，行業(yè)內(nèi)前三甲企業(yè)是深圳貝特瑞、上海杉杉、長(zhǎng)沙海容，基本上能夠滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需要。3、 隔離膜：鋰電池隔離膜成本占電池成本的三分之一，隔離膜是保證鋰離子電池安全穩(wěn)定工作的核心材料，目前國(guó)內(nèi)廠商基本依賴從日本、韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)的進(jìn)口，隔膜這一高技術(shù)附加值與高利潤(rùn)附加值材料的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程將是降低鋰電池成本的主要突破領(lǐng)域，主要難點(diǎn)是符合材料、厚度、強(qiáng)度、孔徑等。隔膜是鋰電池材料中技術(shù)壁壘最高的一種附加值材料，毛利通常達(dá)到40%以上，占了鋰電池成本的20%-30%，國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)隔膜的企業(yè)僅有星源科技和金輝高科兩家，兩家技術(shù)相對(duì)成熟；大部分依賴進(jìn)口，市場(chǎng)主要被日本旭化成工業(yè)、東燃化學(xué)、美國(guó)的CeLGard等公司把持。隔膜具有典型的“高技術(shù)、高資本”等特點(diǎn)，而且項(xiàng)目周期很長(zhǎng)，投資風(fēng)險(xiǎn)較大，國(guó)內(nèi)很多企業(yè)不感興趣。4、電解液：電解液占鋰電池成本的12%左右，毛利接近40%。目前國(guó)內(nèi)電池生產(chǎn)商電解液配套也基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。電解液在3-5年依舊是朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)，一個(gè)軟肋是，電解液主要原料為六氟磷酸鋰，占電解液成本的50%左右，其中生產(chǎn)成本10萬(wàn)元/噸，售價(jià)40萬(wàn)元/噸，毛利高達(dá)75%，國(guó)內(nèi)卻沒有企業(yè)能生產(chǎn)。目前被關(guān)東電化學(xué)工業(yè)等幾家日本企業(yè)把持。除杉杉股份外，國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)電解液的企業(yè)還有華榮化工、珠海賽緯電子、天津金牛、汕頭金光、廣州天賜等10家企業(yè)。（二）鋰電池所謂鋰離子電池是指分別用二個(gè)能可逆地嵌入與脫嵌鋰離子的化合物作為正負(fù)極構(gòu)成的二次電池。人們將這種靠鋰離子在正負(fù)極之間的轉(zhuǎn)移來(lái)完成電池充放電工作的，獨(dú)特機(jī)理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。自鋰離子電池大規(guī)模商用化以來(lái)，憑借其優(yōu)異的性能，不斷攻城略地，現(xiàn)已牢牢占據(jù)二次電池的高端市場(chǎng)。但在較長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，世界鋰離子電池市場(chǎng)基本是日本一家獨(dú)霸的局面。最近幾年中國(guó)和韓國(guó)奮起直追，目前世界鋰離子電池市場(chǎng)已經(jīng)呈現(xiàn)出中、日、韓三足鼎立的格局。鋰離子電池的發(fā)展呈現(xiàn)出多方向并舉的局面。鋰離子電池的原材料主要包括正負(fù)極材料、電解液、電極基材、隔離膜和罐材等。其中，正極材料是鋰電池中最為關(guān)鍵的原材料，由于正極材料在鋰離子電池中占有較大比例（正、負(fù)極材料的質(zhì)量比例為3:1-4:1），因此它決定了電池的安全性能和電池能否大型化，同時(shí)由于鋰離子電池正極材料在電池成本中所占比例可高達(dá)40%左右，所以其成本也直接決定電池成本的高低。應(yīng)該說(shuō)是鋰離子電池正極材料的發(fā)展引領(lǐng)了鋰離子電池的發(fā)展。鋰離子電池的研究是一個(gè)涉及化學(xué)、物理、材料、能源、電子學(xué)等眾多學(xué)科的交叉領(lǐng)域。目前該領(lǐng)域的進(jìn)展已引起化學(xué)電源界和產(chǎn)業(yè)界的極大興趣?？梢灶A(yù)料，隨著電極材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系研究的深入，從分子水平上設(shè)計(jì)出來(lái)的各種規(guī)整結(jié)構(gòu)或摻雜復(fù)合結(jié)構(gòu)的正負(fù)極材料將有力地推動(dòng)鋰離子電池的研究和應(yīng)用。鋰離子電池將會(huì)是繼鎳鎘、鎳氫電池之后，在今后相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，市場(chǎng)前景最好、發(fā)展最快的一種二次電池。（三）下游：手機(jī)行業(yè)、筆記本行業(yè)、電動(dòng)工具行業(yè)、電動(dòng)車行業(yè)1、手機(jī)行業(yè)：09年手機(jī)鋰電池需求量達(dá)到20億組。2008年，我國(guó)移動(dòng)電話用戶新增9392.4萬(wàn)戶，用戶總數(shù)為6.41億戶，每百人移動(dòng)電話擁有量達(dá)到47.3部，比2007年增加6.2部，全行業(yè)手機(jī)產(chǎn)量為5.6億部，同比增長(zhǎng)2%。2008年全球手機(jī)出貨量達(dá)到11.8億部，同比增長(zhǎng)3.5%，我國(guó)境內(nèi)生產(chǎn)手機(jī)占47.5%，與07年基本持平。09年全球手機(jī)出貨量將下降2-5%，我國(guó)手機(jī)出口量占生產(chǎn)量的60%以上，外需下降對(duì)行業(yè)造成較大影響，而3G建設(shè)將帶動(dòng)手機(jī)市場(chǎng)投資增加和市場(chǎng)擴(kuò)大。2、筆記本行業(yè)：09年鋰電池需求量為10億組，對(duì)鋰離子電池的第二大用戶手提電腦而言，因輕薄、便利、隨處可用等優(yōu)點(diǎn)對(duì)臺(tái)式機(jī)的有很強(qiáng)的替代性，2007年全球NB滲透率（替代臺(tái)式機(jī)）已達(dá)39%，未來(lái)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)趨于完善的情況下，NB滲透率仍保持較快發(fā)展，將進(jìn)一步帶動(dòng)鋰離子電池和電解液未來(lái)需求的快速增長(zhǎng)。3、電動(dòng)工具行業(yè)目前發(fā)達(dá)國(guó)家的電動(dòng)工具市場(chǎng)已經(jīng)較為成熟，但隨著發(fā)展中國(guó)家及東歐的快速崛起，預(yù)計(jì)全球動(dòng)力工具的需求在2009年前仍將以5%/年的速度增長(zhǎng)。目前全球電動(dòng)工具一年需要7億多顆電池，其中只有略高于1成的量是用鋰電池及鎳氫電池，鎳鎘電池仍為主要材質(zhì)，但因鎳鎘電池的環(huán)境污染性，歐美國(guó)家已逐漸用法令限制其適用范圍，其中電動(dòng)手工具已開始替換，我國(guó)于2007年3月1日起開始實(shí)施《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》也會(huì)使鎳鎘電池的使用受到一定的限制，而鎳氫電池也因鎳價(jià)格上漲幅度較大對(duì)鋰電池的價(jià)格優(yōu)勢(shì)正逐步喪失，鋰電池在電動(dòng)工具上的應(yīng)用前景可期。如電動(dòng)工具中5%的鎳鎘電池被鋰電池替代，即可產(chǎn)生1.08億美金的市場(chǎng)價(jià)值。我國(guó)是電動(dòng)工具的生產(chǎn)大國(guó)和外貿(mào)出口大國(guó)，2004年產(chǎn)量已達(dá)世界總產(chǎn)量的80%，出口額已超過全球電動(dòng)工具出口量第二位的德國(guó)一倍以上，穩(wěn)居世界第一，而出口的電動(dòng)工具產(chǎn)品中近80%出口到歐、美等發(fā)達(dá)國(guó)家，因此我國(guó)鋰電池及電解液將充分分享全球電動(dòng)工具自身需求的增長(zhǎng)以及對(duì)鎳鎘電池的替代所產(chǎn)生的廣闊市場(chǎng)空間。4、電動(dòng)車行業(yè)2009年1月，財(cái)政部、科技部發(fā)布的《關(guān)于開展節(jié)能與新能源汽車示范推廣試點(diǎn)工作的通知》標(biāo)志著汽車工業(yè)正在由傳統(tǒng)的燃油機(jī)時(shí)代朝著電動(dòng)化時(shí)代轉(zhuǎn)變，這項(xiàng)世界性的技術(shù)變革，無(wú)疑會(huì)刺激新型節(jié)能汽車工業(yè)的發(fā)展，將對(duì)拉動(dòng)經(jīng)濟(jì)新一輪的大循環(huán)，改善人類生態(tài)環(huán)境具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前的純電動(dòng)車與混合電動(dòng)車雖然從性能上講還達(dá)不到燃油車的性能，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，未來(lái)的電動(dòng)車與混合動(dòng)力車將成為汽車工業(yè)的主流。純電動(dòng)車與混合動(dòng)力車兩種模式在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)會(huì)并存發(fā)展，以適應(yīng)特定范圍與長(zhǎng)距離行駛的要求。歐美、日本一些發(fā)達(dá)國(guó)家都有明確的發(fā)展計(jì)劃，日本豐田計(jì)劃5年內(nèi)使混合動(dòng)力車成為主流，美國(guó)通用也計(jì)劃2011年P(guān)HEV（插電式混合電動(dòng)汽車）和HEV兩種車型達(dá)到年產(chǎn)各10萬(wàn)臺(tái)。國(guó)內(nèi)更是把發(fā)展電動(dòng)車看成汽車工業(yè)公平競(jìng)爭(zhēng)的新契機(jī)，為此各家車廠都在積極地開發(fā)不同類型的電動(dòng)車，在2011年以后，將會(huì)有5%-10%的商品化電動(dòng)車和混合動(dòng)力車上市。電動(dòng)車與混合動(dòng)力車的發(fā)展，動(dòng)力電池是核心，如果2011年中國(guó)汽車工業(yè)有10%的比例為純電動(dòng)車和混合動(dòng)力車，將會(huì)形成近100萬(wàn)臺(tái)新能源汽車的產(chǎn)業(yè)，按照混合動(dòng)力車與純電動(dòng)車各50%比例計(jì)算，對(duì)電池的需求總量為50萬(wàn)x2.4kWh+50萬(wàn)"2kWh=720萬(wàn)kWh的電池需求量（混合動(dòng)力車按2.4kWh計(jì)算；純電動(dòng)車按12kWh計(jì)算），每kWh按3000元計(jì)算，約形成210億元的電池產(chǎn)業(yè)。世界范圍內(nèi)將會(huì)形成數(shù)以千萬(wàn)kWh的電池需求，電池市場(chǎng)將達(dá)上千億元。（一） “十一五”期間，中央政府將在鋰離子電池研制方面投資6000萬(wàn)元，同時(shí)要求承擔(dān)項(xiàng)目的公司按照10倍比例投入配套資金，這樣，總的投資將達(dá)到6億元。而“十五”期間在鋰電池研發(fā)上的國(guó)撥經(jīng)費(fèi)只有800萬(wàn)元，加上地方的配套經(jīng)費(fèi)，大約只有1600萬(wàn)元。（二） 信息產(chǎn)業(yè)部等7部委出臺(tái)的《電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法》于2007年3月1日實(shí)施，同時(shí)，國(guó)家發(fā)改委等部門將出臺(tái)《廢舊家用電器回收管理辦法》，政策將對(duì)廢舊電器，包括電池的回收進(jìn)行規(guī)范，由于鉛、汞、鎘等有毒有害物質(zhì)在電池領(lǐng)域大量使用，電池行業(yè)的發(fā)展將受到極大影響。這對(duì)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來(lái)說(shuō)是利好。（三）2006年9月14日，國(guó)家財(cái)政部等五部委聯(lián)合印發(fā)了《關(guān)于調(diào)整部分商品出口退稅率和增補(bǔ)加工貿(mào)易禁止類商品目錄的通知》。根據(jù)《通知》規(guī)定，鉛酸蓄電池、氧化汞電池的出口退稅政策被取消；而早在2004年，電池的出口退稅率便開始逐年下調(diào)，并將逐步全面取消退稅。目前鉛酸蓄電池、氧化汞和鎘鎳電池已被列入加工貿(mào)易禁止類目錄，對(duì)列入此目錄的商品進(jìn)口一律征收進(jìn)口關(guān)稅和進(jìn)口環(huán)節(jié)稅。而國(guó)家對(duì)鋰離子電池出口退稅從13%上調(diào)至17%。（四）除筆記本電腦及手機(jī)等傳統(tǒng)主要應(yīng)用外，電動(dòng)工具、其它消費(fèi)性電子產(chǎn)品、輕型電動(dòng)車與電動(dòng)汽車等新應(yīng)用，已為鋰離子電池注入高度成長(zhǎng)的動(dòng)力，并將成為2016年鋰離子電池總產(chǎn)值挑戰(zhàn)100億美元的主要推手。（五）各國(guó)的動(dòng)力鋰電池發(fā)展取得了很大進(jìn)步，正極材料主要是磷酸鐵鋰和錳酸鋰，在容量、安全性、循環(huán)壽命等多方面都已經(jīng)完全能適應(yīng)動(dòng)力設(shè)備的要求，在電動(dòng)自行車、混合電動(dòng)力車、純電動(dòng)車、電動(dòng)船、UPS電源以及其他一些儲(chǔ)能裝置上已經(jīng)開始應(yīng)用，最近幾年將會(huì)大批量的應(yīng)用。五、我國(guó)鋰電池行業(yè)發(fā)展存在的問題（一）目前鋰離子電池發(fā)展的瓶頸是其安全性能和汽車動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)：安全性能方面，由于鋰離子動(dòng)力電池具有能量密度大、工作溫度高、工作環(huán)境惡劣等方面的原因，加上以人為本的安全理念，因此，用戶對(duì)電池的安全性提出了非常高的要求。汽車動(dòng)力電池的管理系統(tǒng)方面，由于汽車動(dòng)力電池的工作電壓是12V或24V，而單個(gè)動(dòng)力鋰離子電池的工作電壓是3.7V，因此必須由多個(gè)電池串聯(lián)而提高電壓，但由于電池難以做到完全均一的充放電，