锂电池相关材料

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1、对锂电池产业的初步认识陈俐一、电池分类一次电池：也称为原电池，活性物质只能使用一次的电池， 如：一次性碱性电池二次电池：经充电后可继续使用的电池，包括：铅酸电池、 镍氢电池、镍镉电池、锂电池太阳能电池：通过光化学反应转化为电能，可分为：多晶硅 电池、非晶硅薄膜电池等。燃料电池：将燃料与氧化剂中化学能直接转化为电能的发电 装置。外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”二、电池性能比较项目原电池铅酸电池镍镉、镍 氢电池锂离子电 池燃料 电池性能性能适中性能适中高功率放电能量密度 高能量密度 高能量密度中差中好好功率差中较好好中使用寿命差中好好好成本好好中较

2、差差环保性差差中好好技术成熟度好好较好较差差优点成价、术 成熟性好高倍率 放术、熟充能量密度 忆环自记 电保型/能量密度 高、能量 转换性能 好、低污染缺点低环密度能量密度 寿命低环-自放镍镍显染镍镉镉W未 率能高功技术尚未 成熟技术参数镍镉电池镍氢电池锂离子电池工作电压（V）1.21.23.6-3.9重量比能量（Wh/Kg）5065105-140体积比能量（Wh/L）150200300-350充放电寿命（次）5005001000自放电率（%/ 月）25-3030-356-9有无记忆效应有有无有无污染有无无三、锂电池产业链一）上游：正极材料、负极材料、隔离膜、电解液1、正极材料：中国目前正极材

3、料主要包括钴酸锂、三元材 料、锰酸锂和磷酸铁锂。几种锂电池正极材料性能比较正极材料钻酸锂钻镍锰酸锂锰酸锂磷酸铁锂工作电压（V）3.6V3.7V3.8V3.4V电容率(mAh/g)145170110140循环寿命（次）5005005001000价格高较咼低较低安全性低较低较好好应用领域小电池小电池（主） /小型动力电 池动力电池 （主）/小电池动力电池/ 超大容量电 池钴酸锂依然是国内小型锂电领域正极材料的主力；三元材料 和锰酸锂主要在小型锂电中应用，在电动自行车和电动工具中也 有部分使用；磷酸铁锂目前主要使用在电动工具盒电动汽车领 域。随着动力电池的发展，国内厂家大多倾向于采用磷酸铁锂材料。它

4、是一类新型的锂离子电池用正极材料。该类材料具有高的 能量密度、低廉的价格、优异的安全性等特点，特别适用于动力 电池。它的出现是锂离子电池材料的一项重大突破，现已成为各 国竞相研究的热点。目前磷酸铁锂被认为是最有发展前途的动力 电池正极材料。国内主要动力电池中游厂商生产磷酸铁锂产能情况：贝特瑞 800吨/年，天津斯特兰500 吨/年，北大先行500 吨/年，合肥国 轩500吨/年，新乡华鑫500 吨/年，深圳天骄350 吨/年，北京锂 先锋200 吨/年，烟台卓能 200 吨/年。动力锂电池的发展给锂电正极材料的成长带来了巨大的市 场空间，应用于这类材料在未来的增长趋势明显。据IIT（日本对 动

5、力锂电池能量需求的预测：2010 年到2012 年动力锂电池汽车 对锂电能量的需求增长率为 137%，预计 2018 年动力锂电池的 总能量将达到350亿Wh，而2009年小型锂电的总能量需求约 为 48 亿 Wh.。分析动力锂电的能量需求及汽车锂电生产商对正极材料的选择，按照锰 酸锂的能量 密度约 370Wh/kg ，磷酸铁锂约432Wh/kg，三元材料约525Wh/kg为计算依据，未来10年世界 动力锂电正极材料市场需求变化趋势如下：未来 10年世界动力锂电正极材料市场需求变化趋势 单位：吨 总体来看，锂电正极材料行业正处于朝气蓬勃的青壮年期， 将长期处于快速增长阶段。在未来 10 年内将

6、保持年均22.8%的 增长率，尤其是 2012 年动力锂电池的大规模商业化将使得锂电 正极材料需求量的年增长率超过 40% ，市场总量将超过8万吨。未来10年锂电正极材料产量预测 单位：吨2、负极材料：一般为各种碳材料和和金属氧化物，锂离子 电池广泛采用碳材料种类繁多，目前研究很多且很成功的碳负极 材料有石墨、乙炔黑、微珠碳、石油焦、碳纤维、裂变聚合物和 裂解碳等碳负极材料。与正极材料相比，负极材料占锂电池成本 比重较低，且国内已经实现产业化，行业内前三甲企业是深圳贝 特瑞、上海杉杉、长沙海容，基本上能够满足国内市场需要。3、隔离膜：锂电池隔离膜成本占电池成本的三分之一，隔 离膜是保证锂离子电

7、池安全稳定工作的核心材料，目前国内厂商 基本依赖从日本、韩国、美国等国的进口，隔膜这一高技术附加 值与高利润附加值材料的国产化进程将是降低锂电池成本的主 要突破领域，主要难点是符合材料、厚度、强度、孔径等。隔膜 是锂电池材料中技术壁垒最高的一种附加值材料，毛利通常达到 40%以上，占了锂电池成本的 20%-30%，国内能生产隔膜的企 业仅有星源科技和金辉高科两家，两家技术相对成熟；大部分依 赖进口，市场主要被日本旭化成工业、东燃化学、美国的 CeLGard 等公司把持。隔膜具有典型的“高技术、高资本”等特点，而且项 目周期很长，投资风险较大，国内很多企业不感兴趣。4、电解液：电解液占锂电池成本

8、的 12%左右，毛利接近40%。 目前国内电池生产商电解液配套也基本实现国产化。电解液在 3-5 年依旧是朝阳产业，一个软肋是，电解液主要原料为六氟磷 酸锂，占电解液成本的50%左右，其中生产成本10 万元/吨，售 价 40 万元/吨，毛利高达 75% ，国内却没有企业能生产。目前被 关东电化学工业等几家日本企业把持。除杉杉股份外，国内主要 生产电解液的企业还有华荣化工、珠海赛纬电子、天津金牛、汕头金光、广州天赐等 10家企业。（二）锂电池所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离 子的化合物作为正负极构成的二次电池。人们将这种靠锂离子在 正负极之间的转移来完成电池充放电工作的，独特机

9、理的锂离子 电池形象地称为“摇椅式电池”，俗称“锂电”。自锂离子电池大规模商用化以来，凭借其优异的性能，不断 攻城略地，现已牢牢占据二次电池的高端市场。但在较长一段时 间内，世界锂离子电池市场基本是日本一家独霸的局面。最近几 年中国和韩国奋起直追，目前世界锂离子电池市场已经呈现出 中、日、韩三足鼎立的格局。锂离子电池的发展呈现出多方向并 举的局面。锂离子电池的原材料主要包括正负极材料、电解液、电极基 材、隔离膜和罐材等。其中，正极材料是锂电池中最为关键的原 材料，由于正极材料在锂离子电池中占有较大比例（正、负极材 料的质量比例为 3:1-4:1），因此它决定了电池的安全性能和电池能否大型化，同

10、时由于锂离子电池正极材料在电池成本中所占比 例可高达 40%左右，所以其成本也直接决定电池成本的高低。应 该说是锂离子电池正极材料的发展引领了锂离子电池的发展。锂离子电池的研究是一个涉及化学、物理、材料、能源、电 子学等众多学科的交叉领域。目前该领域的进展已引起化学电源 界和产业界的极大兴趣。可以预料，随着电极材料结构与性能关 系研究的深入，从分子水平上设计出来的各种规整结构或掺杂复 合结构的正负极材料将有力地推动锂离子电池的研究和应用。锂 离子电池将会是继镍镉、镍氢电池之后，在今后相当长一段时间 内，市场前景最好、发展最快的一种二次电池。（三）下游：手机行业、笔记本行业、电动工具行业、电动

11、车行业1、手机行业：09年手机锂电池需求量达到 20亿组。2008年，我国移动电话用户新增9392.4 万户，用户总数为6.41 亿户，每百人移动电话拥有量达到 47.3 部，比 2007 年增加 6.2 部，全行业手机产量为 5.6 亿部，同比增长 2%。2008 年全球手机出货量达到11.8 亿部，同比增长3.5%，我国境内生产手机占 47.5%，与07年基本持平。09年全球手机出货量将下降 2-5%， 我国手机出口量占生产量的 60%以上，外需下降对行业造成较大 影响，而 3G 建设将带动手机市场投资增加和市场扩大。2、笔记本行业：09 年锂电池需求量为 10 亿组，对锂离子 电池的第二

12、大用户手提电脑而言，因轻薄、便利、随处可用等优 点对台式机的有很强的替代性，2007年全球NB渗透率（替代台 式机）已达39%，未来在移动网络趋于完善的情况下，NB渗透 率仍保持较快发展，将进一步带动锂离子电池和电解液未来需求 的快速增长。3、电动工具行业目前发达国家的电动工具市场已经较为成熟，但随着发展中 国家及东欧的快速崛起，预计全球动力工具的需求在 2009 年前 仍将以 5%/年的速度增长。目前全球电动工具一年需要 7 亿多 颗电池，其中只有略高于 1 成的量是用锂电池及镍氢电池，镍 镉电池仍为主要材质，但因镍镉电池的环境污染性，欧美国家已逐渐用法令限制其适用范围，其中电动手工具已开始

13、替换，我国 于 2007 年 3 月 1 日起开始实施电子信息产品污染控制管理 办法也会使镍镉电池的使用受到一定的限制，而镍氢电池也因 镍价格上涨幅度较大对锂电池的价格优势正逐步丧失，锂电池在 电动工具上的应用前景可期。如电动工具中 5%的镍镉电池被锂 电池替代，即可产生 1.08亿美金的市场价值。我国是电动工具的生产大国和外贸出口大国， 2004 年产量 已达世界总产量的 80%，出口额已超过全球电动工具出口量第二 位的德国一倍以上，稳居世界第一，而出口的电动工具产品中近 80%出口到欧、美等发达国家，因此我国锂电池及电解液将充分 分享全球电动工具自身需求的增长以及对镍镉电池的替代所产 生的

14、广阔市场空间。4、电动车行业2009 年 1 月，财政部、科技部发布的关于开展节能与新 能源汽车示范推广试点工作的通知标志着汽车工业正在由传统 的燃油机时代朝着电动化时代转变，这项世界性的技术变革，无疑会刺激新型节能汽车工业的发展，将对拉动经济新一轮的大循 环，改善人类生态环境具有重大的现实意义。当前的纯电动车与混合电动车虽然从性能上讲还达不到燃油 车的性能，但随着技术的不断进步，未来的电动车与混合动力车 将成为汽车工业的主流。纯电动车与混合动力车两种模式在相当 长的时期内会并存发展，以适应特定范围与长距离行驶的要求。欧美、日本一些发达国家都有明确的发展计划，日本丰田计 划 5 年内使混合动力

15、车成为主流，美国通用也计划 2011 年 PHEV（插电式混合电动汽车）和HEV两种车型达到年产各10 万台。国内更是把发展电动车看成汽车工业公平竞争的新契机， 为此各家车厂都在积极地开发不同类型的电动车，在 2011 年以 后，将会有 5%-10%的商品化电动车和混合动力车上市。电动车与混合动力车的发展，动力电池是核心，如果 2011 年中国汽车工业有 10%的比例为纯电动车和混合动力车，将会 形成近 100 万台新能源汽车的产业，按照混合动力车与纯电动 车各50%比例计算，对电池的需求总量为50万x2.4kWh+50万2kWh=720万kWh的电池需求量（混合动力车按2.4kWh 计算；纯电动车按12kWh计算），每kWh按3000元计算， 约形成 210 亿元的电池产业。世界范围内将会形成数以千万 kWh 的电池需求，电池市场将达上千亿元。（一）“十一五”期间，中央政府将在锂离子电池研制方面投资