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鋰離子電池成為新能源車、電動車用電池首選

發(fā)布時間: 2014-10-08 08:50:12    來源: 第一電動網(wǎng)
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[摘要]鋰電池上游是鋰電池材料所需的礦產(chǎn)資源,中游為鋰電池生產(chǎn)廠商,包括正極材料、負極材料、電解液、隔膜、導電劑和粘合劑的生產(chǎn)等,下游主要是鋰電配套應用領域,目前已廣泛用于消費類電子產(chǎn)品、電動汽車、工業(yè)儲能。


負極材料:國內(nèi)技術成熟,鈦酸鋰發(fā)展前景廣
  鋰電池負極材料國內(nèi)技術成熟,碳材料種類繁多。作為鋰電池的四大關鍵材料之一,負極材料技術與市場均較為成熟,成本比重最低,在5-10%左右。現(xiàn)階段負極材料研究的主要方向如下:石墨化碳材料、無定型碳材料、氮化物、硅基材料、錫基材料、新型合金和其他材料。
石墨產(chǎn)品主導天下。負極材料主要由碳素材料為主,包括天然石墨、人造石墨、石墨化中間碳微球。據(jù)統(tǒng)計,2012年中國負極材料出貨量為27650噸,其中天然石墨出貨量占比59%,人造石墨30%,石墨化中間碳微球8%。在全球,石墨類負極材料占總出貨量的90%,在負極材料中處于絕對主流的優(yōu)勢。
天然石墨具有性價比高,加工性能好等特點。我國石墨礦資源豐富,成本較低,但是天然石墨也有一些缺陷,吸液性差,分子中不存在交聯(lián)的sp3結構,墨片分子容易發(fā)生平移,從而導致石墨負極材料的循環(huán)性能差。天然石墨負極材料主要用于消費類電子產(chǎn)品。
人造石墨因其結構穩(wěn)定性好,循環(huán)壽命長等高性能,有取代天然石墨的趨勢。人造石墨通過對原始材料進行表面改性和結構調整,使其部分無序化或者在各類材料中形成納米級的孔、洞和通道等結構,加大鋰離子嵌入和脫嵌反應,因此具有高壓實、高容量、長壽命等優(yōu)勢。人造石墨主要作為動力電池的負極材料。
中間相碳微球綜合性能好,循環(huán)壽命長。中間相碳微球是球形結構,堆積密度高,單位體積嵌鋰容量比較大,而且小球具有片層狀結構,有利于鋰離子的嵌入和脫嵌。700℃熱處理的中間相碳微球充電容量可達1190mAh/g,放電容量大750mAh/g,遠超過石墨的理論放電容量(372mAh/g)。
鈦酸鋰是安全性最高的負極材料,在充放電循環(huán)中保持“零應變性”。零應變性是鈦酸鋰嵌入和脫嵌鋰離子晶格常數(shù)和體積變化很小,能夠有效避免由于電極材料的來回伸縮導致結構的破壞,從而大大提高電極的循環(huán)次數(shù)。另外,鈦酸鋰的電勢比純金屬鋰的高,不易產(chǎn)生晶枝,為保障鋰電池的安全提供了基礎,但是鈦酸鋰的比容量比其他負極材料低很多,容量為175mAh/g,作為電池材料其振實密度比較低,單位體積容量較小。
硅碳(Si-C)復合材料適合做高容量電池的負極材料。硅具有非常高的理論比容量和較低的嵌入和脫嵌鋰電位。硅碳復合材料采用高比容量的硅為主要活性體,采用體積效應小、循環(huán)穩(wěn)定性好的碳為載體,合成新型的硅/碳復合材料,能夠有效避免硅在充放電過程中由于體積過度膨脹而粉化,但是硅碳復合材料同時也有一些劣勢,其安全性以及倍率性能較差,當電流密度稍大些時,容量下降很明顯。
負極材料集中度高,日本向中國產(chǎn)能轉移比較明顯。目前負極材料以碳素材料為主,占鋰電池成本較低,在國內(nèi)基本全面實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。負極材料產(chǎn)業(yè)集中度高,從企業(yè)來看,全球前四大企業(yè):日立化學、深圳貝特瑞、JFE、三菱化學,市場份額合計占比為78%,負極材料表現(xiàn)出高度集中化。從區(qū)域看,中國和日本是全球主要的產(chǎn)銷國。從車用動力鋰電池企業(yè)負極供應體系來看,目前動力電池企業(yè)采購負極主要來自于日本企業(yè)。近幾年,隨著中國生產(chǎn)技術的不斷提高,中國又是負極材料原料的主要產(chǎn)地,鋰電負極產(chǎn)業(yè)不斷向中國轉移,市場占有率不斷提高。
國內(nèi)負極材料行業(yè)產(chǎn)能快速增長。受平板電腦、超級本、電動自行車、新能源汽車以及儲能等終端市場需求帶動,鋰電池產(chǎn)量將保持平穩(wěn)增長,2013年上半年中國負極材料實現(xiàn)銷量16560噸,相比于2012年上半年增長19.8%。由于在鋰電池四大材料中,國內(nèi)負極材料相關技術發(fā)展最為成熟,國內(nèi)產(chǎn)能較大,但受產(chǎn)能相對過剩的影響,負極材料的價格近幾年呈現(xiàn)下降的趨勢。

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