鋰電池相關(guān)材料

1、對鋰電池產(chǎn)業(yè)的初步認(rèn)識陳 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，像一個蓄電池，但實質(zhì)上它不能“儲電”而是一個“發(fā)電廠”二、電池性能比較項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

2、好好技術(shù)成熟度好好較好較差差優(yōu)點技術(shù)成熟、性價比高、便攜性好性價比優(yōu)異、技術(shù)成熟、安全性好高倍率充放電、技術(shù)成熟能量密度高、無記憶效應(yīng)、循環(huán)壽命長、自放電小、環(huán)保型好能量密度高、能量轉(zhuǎn)換性能好、低污染缺點能量密度低、污染環(huán)境能量密度低、循環(huán)壽命低、鉛污染環(huán)境自放電明顯、鎳鎘電池記憶性好、鎘污染環(huán)境成本高、安全性未完全解決、高功率放電性能差技術(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）1.21.2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有無記憶效應(yīng)有

3、有無有無污染有無無三、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鈷酸鋰鈷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）5005005001000價格高較高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）/小型動力電池動力電池（主）/小電池動力電池/超大容量電池鈷酸鋰依然是國內(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，在電動自行車和電動工具中也有部分使用；磷酸鐵鋰目前主

4、要使用在電動工具盒電動汽車領(lǐng)域。隨著動力電池的發(fā)展，國內(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、低廉的價格、優(yōu)異的安全性等特點，特別適用于動力電池。它的出現(xiàn)是鋰離子電池材料的一項重大突破，現(xiàn)已成為各國競相研究的熱點。目前磷酸鐵鋰被認(rèn)為是最有發(fā)展前途的動力電池正極材料。國內(nèi)主要動力電池中游廠商生產(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，煙臺卓能200噸/年。動力鋰電池的發(fā)展給鋰電正極材料的成長帶來了巨大的市場空

5、間，應(yīng)用于這類材料在未來的增長趨勢明顯。據(jù)IIT(日本對動力鋰電池能量需求的預(yù)測：2010年到2012年動力鋰電池汽車對鋰電能量的需求增長率為137%，預(yù)計2018年動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.。分析動力鋰電的能量需求及汽車鋰電生產(chǎn)商對正極材料的選擇，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為計算依據(jù)，未來10年世界動力鋰電正極材料市場需求變化趨勢如下：未來10年世界動力鋰電正極材料市場需求變化趨勢 單位：噸總體來看，鋰電正極材料行業(yè)正處于朝氣蓬勃的青壯年期，將長期處于快速增長階段。

6、在未來10年內(nèi)將保持年均22.8%的增長率，尤其是2012年動力鋰電池的大規(guī)模商業(yè)化將使得鋰電正極材料需求量的年增長率超過40%，市場總量將超過8萬噸。未來10年鋰電正極材料產(chǎn)量預(yù)測 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，且國內(nèi)已經(jīng)實現(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、長沙海容，基本上能夠滿足國內(nèi)市場需要。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)

7、定工作的核心材料，目前國內(nèi)廠商基本依賴從日本、韓國、美國等國的進(jìn)口，隔膜這一高技術(shù)附加值與高利潤附加值材料的國產(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)相對成熟；大部分依賴進(jìn)口，市場主要被日本旭化成工業(yè)、東燃化學(xué)、美國的CeLGard等公司把持。隔膜具有典型的“高技術(shù)、高資本”等特點，而且項目周期很長，投資風(fēng)險較大，國內(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%。

8、目前國內(nèi)電池生產(chǎn)商電解液配套也基本實現(xiàn)國產(chǎn)化。電解液在3-5年依舊是朝陽產(chǎn)業(yè)，一個軟肋是，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10萬元/噸，售價40萬元/噸，毛利高達(dá)75%，國內(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)移來完成電池充放電工作的，獨特機(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

9、電池大規(guī)模商用化以來，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。但在較長一段時間內(nèi)，世界鋰離子電池市場基本是日本一家獨霸的局面。最近幾年中國和韓國奮起直追，目前世界鋰離子電池市場已經(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

10、電池成本的高低。應(yīng)該說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)計出來的各種規(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鋰離子電池的研究和應(yīng)用。鋰離子電池將會是繼鎳鎘、鎳氫電池之后，在今后相當(dāng)長一段時間內(nèi)，市場前景最好、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)、電動工具行業(yè)、電動車行業(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，我國移動電話用戶新增9392.4萬

11、戶，用戶總數(shù)為6.41億戶，每百人移動電話擁有量達(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2%。2008年全球手機(jī)出貨量達(dá)到11.8億部，同比增長3.5%，我國境內(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%，我國手機(jī)出口量占生產(chǎn)量的60%以上，外需下降對行業(yè)造成較大影響，而3G建設(shè)將帶動手機(jī)市場投資增加和市場擴(kuò)大。2、筆記本行業(yè)：09年鋰電池需求量為10億組，對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)點對臺式機(jī)的有很強(qiáng)的替代性，2007年全球NB滲透率（替代臺式機(jī)）已達(dá)39%，未來在移動網(wǎng)絡(luò)趨于完善的情況

12、下，NB滲透率仍保持較快發(fā)展，將進(jìn)一步帶動鋰離子電池和電解液未來需求的快速增長。3、電動工具行業(yè)目前發(fā)達(dá)國家的電動工具市場已經(jīng)較為成熟，但隨著發(fā)展中國家及東歐的快速崛起，預(yù)計全球動力工具的需求在 2009 年前仍將以 5%/年的速度增長。目前全球電動工具一年需要 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，歐美國家已逐漸用法令限制其適用范圍，其中電動手工具已開始替換，我國于 2007 年 3 月 1 日起開始實施電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法也會使鎳鎘電池的使用受到一定的限制，而鎳氫電池也因鎳價格上漲幅度較大對鋰電池的價格優(yōu)勢正

13、逐步喪失，鋰電池在電動工具上的應(yīng)用前景可期。如電動工具中 5%的鎳鎘電池被鋰電池替代，即可產(chǎn)生 1.08億美金的市場價值。我國是電動工具的生產(chǎn)大國和外貿(mào)出口大國，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工具出口量第二位的德國一倍以上，穩(wěn)居世界第一，而出口的電動工具產(chǎn)品中近 80%出口到歐、美等發(fā)達(dá)國家，因此我國鋰電池及電解液將充分分享全球電動工具自身需求的增長以及對鎳鎘電池的替代所產(chǎn)生的廣闊市場空間。4、電動車行業(yè)2009 年 1 月，財政部、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)時代朝著電動化時代轉(zhuǎn)變，這項世界性的技術(shù)變

14、革，無疑會刺激新型節(jié)能汽車工業(yè)的發(fā)展，將對拉動經(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)實意義。當(dāng)前的純電動車與混合電動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，未來的電動車與混合動力車將成為汽車工業(yè)的主流。純電動車與混合動力車兩種模式在相當(dāng)長的時期內(nèi)會并存發(fā)展，以適應(yīng)特定范圍與長距離行駛的要求。歐美、日本一些發(fā)達(dá)國家都有明確的發(fā)展計劃，日本豐田計劃 5 年內(nèi)使混合動力車成為主流，美國通用也計劃 2011 年 PHEV（插電式混合電動汽車）和 HEV 兩種車型達(dá)到年產(chǎn)各 10 萬臺。國內(nèi)更是把發(fā)展電動車看成汽車工業(yè)公平競爭的新契機(jī)，為此各家車廠都在積極地開發(fā)不同類型的電

15、動車，在 2011 年以后，將會有 5%-10%的商品化電動車和混合動力車上市。電動車與混合動力車的發(fā)展，動力電池是核心，如果 2011 年中國汽車工業(yè)有 10%的比例為純電動車和混合動力車，將會形成近 100 萬臺新能源汽車的產(chǎn)業(yè)，按照混合動力車與純電動車各 50%比例計算，對電池的需求總量為 50 萬2.4kWh+50 萬12kWh=720 萬 kWh 的電池需求量（混合動力車按 2.4kWh 計算；純電動車按 12kWh計算），每 kWh 按 3000 元計算，約形成 210 億元的電池產(chǎn)業(yè)。世界范圍內(nèi)將會形成數(shù)以千萬 kWh 的電池需求，電池市場將達(dá)上千億元。四、國內(nèi)鋰電池行業(yè)發(fā)展的有

16、力條件（一）“十一五”期間，中央政府將在鋰離子電池研制方面投資 6000 萬元，同時要求承擔(dān)項目的公司按照 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)上的國撥經(jīng)費(fèi)只有 800 萬元，加上地方的配套經(jīng)費(fèi)，大約只有 1600 萬元。（二）信息產(chǎn)業(yè)部等 7 部委出臺的電子信息產(chǎn)品污染控制管理辦法于 2007 年3月1日實施，同時，國家發(fā)改委等部門將出臺廢舊家用電器回收管理辦法，政策將對廢舊電器，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。這對鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展來說是利好。（三）2006 年 9 月

17、14 日，國家財政部等五部委聯(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。而國家對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，電動工具、其它消費(fèi)性電子產(chǎn)品、輕型電動車與電動汽車等新應(yīng)用，已為鋰離子電池注入高度成長的動力，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

18、。（五）各國的動力鋰電池發(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)動力設(shè)備的要求，在電動自行車、混合電動力車、純電動車、電動船、UPS 電源以及其他一些儲能裝置上已經(jīng)開始應(yīng)用，最近幾年將會大批量的應(yīng)用。五、我國鋰電池行業(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力電池的管理系統(tǒng)：安全性能方面，由于鋰離子動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，用戶對電池的安全性提出了非常高的要求。汽車動力電池的管理系統(tǒng)方面，由于汽車動力電池的工作電壓是 12V 或 24V，而單個動力鋰離子電池的工作電壓是 3.7V，因此必須由多個電池串聯(lián)而提高電壓，但由于電池難以做到完全均一的充放電，