十分钟带你了解锂电池产业

十分钟带你了解锂电池产业1锂电池简介1.1锂电池的特点锂电池运用于汽车领域正成为一项核心技术，优点：重量轻、储能大、功率大、 无污染、也无二次污染、寿命长、自放电系数小、温度适应范围宽泛，是电动自行车、 电动摩托车、电动小轿车、电动大货车等较为理想的车用动力。缺点是价格较贵、安全性较差。不过现在已有技术开发锰酸锂、磷酸铁锂、磷酸 钒锂等新型材料，大大提高了锂离子电池的安全性，而且降低了成本。1.2锂电池与市场上各类电池对比一览表铅酸镍镉镍氢锂离子传统液态聚合物铅酸质量能量密度、体积能 量密度、工作温度范 围、自放电率、可靠性质量能量密度、 体积能量密度、 自放电率质量能量密度、体积能量密度、电压 输出、自放电率质量能量密度、体积能 量密度、结构特点、自 放电率镍镉更好的可循环性、 电压输出、价格质量能量密度、 体积能量密度质量能量密度、体积能量密度、电压 输出、自放电率质量能量密度、体积能 量密度、结构特点、自 放电率镍氢更好的可循环型、 电压输出、价格工作温度范围、更好的 可循环性、自放电率、 可靠性质量能量密度、体 积能量密度、工作 温度范围、自放电 率、电压输出质量能量密度、体积能 量密度、结构特点、自 放电率锂离子传统液态更好的可循环性、 安全、价格工作温度范围、更好的 可循环性、价格、安全价格、安全、自 放电率、重复循 环质量能量密度、体积能 量密度、结构特点、安 全、价格聚合 物更好的可循环性工作温度范围、更好的 可循环性、价格体积能量密度、 更好的可循环 性、价格工作温度范围、更 好的可循环性绝对优势更好的可循环性、 价格工作温度范围、价格体积能量密度质量能量密度、体 积能量密度、自放 电率、结构特点质量能量密度、体积能 量密度、自放电率、电 压输出、结构特点聚合物正极材料采用导电聚合物作为正极 材料,其比能量是现有锂 离子电池的3倍，是最新 一代的钮离子电池。固体聚什物屯解质凝胶聚合物电解质电解质为聚合物与盐的 混合物，这种电池在常 趾下的离了电导率低， 适于高温使用，在固体聚合物电解质中 加入熠塑剂等添加剂， 从而提高离了电导率， 使电池可在常温下使川锂离子电池聚合物钾离子电池（UP）液态锂离子电池（L1B）聚合物电池与下一代锂离子电池相比，有以下优势: （1）用固体电解质代替了液体电解质，具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优 点。不会产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，由此用铝塑复合薄膜制造电池外壳，从而提高整个电池的比容量。（2）可采用高分子正极材料，其质量比能量将会比目前的液态锂离子电池提高50%以 上。（3）在工作电压、充放电循环寿命等方面都比液态锂离子电池有所提高。 其劣势也尤为明显，在工作温度、循环性能上不如液态锂电池需要突破。1.3锂电池产业链解析矿资源： 钻、镣、镐、 磷、铁、钮 及林神化合 物电芯原材料： 正负极材料、 电解液、隔膜 等.电池制造商: 电芯制造； PACK组装锂电池应用领域：矿灯、电动车、电子消费品等1.3.1最上游：矿产资源（1）最上游是矿资源，包括钻、镍、锰、磷、铁、锂及各种化合物。目前，钻和锂用 且旦一p量最大。（2）国内钻生产领头企业有金川、华友、嘉利柯和优美科四家，年产量都在1500吨 以上，国内金属钻储量极少，目前约80%的金属钻靠进口。（3）锂资源在中国储量相对丰富，仅次于智利、阿根廷。国内资源目前主要被中信国 安、西藏矿业掌控，并同时生产工业级碳酸锂。而电池级碳酸锂则由天齐锂业、尼科 国润供应，其中天齐锂业技术最成熟，是行业标准制定者，约占国内60%的市场份额， 并且有部分出口。1.3.2上游:电芯原材料电芯原材料是锂电产业中最核心的环节。其原材料包括：正极材料、负极材料、隔膜、 电解液、导电剂、粘结剂、导电剂、极耳、铝塑复合膜等。原材料成本如下图：电池成本分布.电解液隔膜负极材料及其他正极材料1.3.3中游：电芯制造和PACK组装电信制造和PACK组装属于劳动密集型的产业，国内外涉足企业众多。产业主要分布在 日本、韩国、中国和台湾。大厂竞争优势明显，例如：索尼、三洋、三星、LG化学、比亚迪、比克、力神、ATL 能源这样的锂电巨头。近两三年来发展迅猛。1.4电池应用领域（1）锂电池的应用领域极广，涉及低端、中端、高端三块市场，可以应用于电动工具、 UPS电源、矿灯、玩具、电动自行车、电动汽车等领域，这些都是关系民生的消费量， 此外在军事和航天领域也是一种最佳的动力电池。（2）由于台湾厂商在全球笔记本及手机等市场的极大影响力，带动了国内锂电池产业 发展。目前，我国锂电产业以笔记本及手机为主要应用，并逐步扩张至高功率的电动 手工具、电动车等市场。（3）全球关注焦点，新能源电动/混合动力汽车。改变全球变暖趋势的迫切要求，将 会逐步推广新能源汽车，而电动汽车也是目前应用最为成熟的技术。但储能仍是新能 源汽车的短板之一，目前各个国家和研究机构将锂电池储能技术逐步应用在电动汽车 上。2.锂电池原材料2.1正极材料市场容量最大、附加值较高的是正极材料，大约占锂电池成本30%，毛利率低则 15%，高则70%以上，取决于材料。目前已批量应用于锂电池的正极材料主要有钻酸锂、 锰酸锂、镍酸锂、钻镍锰酸锂以及磷酸铁锂。镍酸锂电池安全性最差（过充易起火），高温耐受度最低（高温分解），合成难 度最高。不在下表中进行对比。钻酸锂最早实现商业化应用，技术发展至今已经很成 熟，并已广泛应用在小型低功率的便携式电子产品上，如手机、笔记本电脑和数码电 子产品等。磷酸铁锂材料是当前用量最少的一种正极材料，据统计，2008年全球供应 量1500吨左右，其中最大供应商A123供应750吨，国内厂商供应量500吨左右。常见正极材料性能比较正极材料钻酸锂镍钻锰三元材料锰酸锂磷酸铁锂材料结构层状氧化物层状氧化物尖晶石橄榄石振实密度（g/cm3）2.8-3.02.0-2.32.2-2.51.0-1.4比表面积（m2/g）0.4-0.60.2-0.40.4-0.812-20克容量（mAh/g）135-145155-190100-120130-150电压平台（V）3.63.5-3.63.7-3.93.2-3.3循环次数=300=800=500=2000过渡金属贫乏贫乏丰富非常丰富原料成本（USD/g）很高（26-50）高（22-40）低廉（15-28）低廉（15-28）环保含钻含镍、钻无毒无毒安全性能差，稳定性低较好良好优秀合成困难度容易难难中等温度耐受性尚可，-2055C以外会衰退尚可，-2055C以外会衰退差，高于50C迅速衰退极佳（-4070C仍正常使用）适用领域小电池小电池/小型动力 电池动力电池动力电池/超大容 量电池缺点材料成本高 安全性低安全性待加强高温自放电循环寿命知导电度差 体积大2009年正极材料市场详情LCO=钻酸锂，NMC=锂钻镍锰三元材料，LNO=酸锂，LMO=酸锂，LFP=磷酸铁锂图中所示，几乎没有一家公司选用LCO作为汽车锂离子电池正极材料。在当前市场中（主要集中于便携设备），即使锂金属及相关物质价格在下降，但是钻使用量下降的趋势不会停止。LCO在09年的所占的市场份额将从08年的69%下降到50%。各家锂电池供应商使用正极材料的比例LCO=钻酸锂，NMC=锂钻镍锰三元材料，LNO=酸锂，LMO=酸锂，LFP=磷酸铁锂09年各家锂电池正极材料供应商市场占有率最大的两家供应商Nichia和Umicore仍然销售大量的LCO，但他们向Sanyo和SDI 销售的NMC的量均有增长。第三大供应商韩国的L&F正用LGC研制的NMC配方技术 提高其产量。排名第四的田株式会社则采用LNO作为主要产品。正极材料供应商整体的市场占有情况。09年预测正极材料总需求量为30845吨，同比 下降16%。负极材料占锂电成本比例较低，在国内已经实现产业化，行业前三甲企业是深圳贝特瑞、上海杉杉、长沙海容，基本满足国内市场需求。在锂离子电池负极材料中，石墨类碳负极材料以其来源广泛，价格便宜，一直是负极材料的主要类型。我国拥有丰富的天然石墨矿产资源。除石墨化中间相碳微球 （MCMB）、低端人造石墨占据小部分市场份额外，改性天然石墨正在取得越来越多的 市场占有率。据来自全球电池强国日本的权威信息表明：深圳市贝特瑞电子材料有限公司研发 生产的锂电池负极材料目前处于国内第一，世界第四的地位。公司研制、生产的高端负极材料产品，首次放电容量达360mAh/g以上，首次效率 大于95%，压实比达1.7g/cm3，循环寿命500次容量保持在88%以上。产品出口至日 本、韩国、美国、加拿大、丹麦、印度等国家，并在国内40余家锂电厂家应用。该公 司年产1800吨天然复合石墨、1200吨人造石墨负极材料、3000吨球形石墨、5000吨 天然微粉石墨和600吨锰酸锂正极材料，并正在不断扩大生产规模。2.3隔膜另有详解2.4电解液电解液占锂电池成本的12%左右，毛利率接近40%。目前国内已基本实现国产化， 只有少部分使用进口电解液。根据2007年全球产业调查报告，锂电电解液市场主要集中于日本宇部（UBE）和 韩国ECOPRO公司，共占全球市场份额的50%。国内主要生产企业有国泰荣华、珠海赛 纬电子、天津金牛、东莞杉杉等10余家。其中，张家港国泰荣华占8%，中国其他企 业5%。全球锂离子电池电解液主要生产企业市场占有率Ube In du stripsECOPROMi 督 ub诘 hiTomiyama Pure Chem icals Mitsui Ch* mKshidQhemhangpagang Guotai-Huarong Chinese Githens LIB maker in电解液主要原材料为六氟磷酸锂（LiPF6），占成本的50%左右，其生产成本为10 万元/吨，售价40万元/吨，毛利率高达75%。六氟磷酸锂的原材料硅石/碳酸锂都可以 在国内采购到，但是国内尚未有企业能够生产六氟磷酸锂。目前市场被日本几家企业 垄断。目前全球锂电电解液市场供求基本平衡，主要是靠锂电池市场，未来则看电动车 行业发展。初步估算，一辆混合动力车需要电解液40公斤，而全球电动车辆2010年预计260 万辆，其中锂电份额占10%，大约需要1.04万吨电解液，至2015年，电动车辆数量将 达到900万辆，锂电份额占60%，届时消耗的电解液将达到2.4万吨。因此，电解液 3-5年后依然是一个朝阳产业。锂离子电池电解液材料未来一一高安全性、高环境适应性；主要发展将集中在： 新型溶剂（工作温度范围拓宽）、离子液体、新型锂盐（提高环境适应性）、添加剂 （阻燃、氧化还原穿梭、保护正负极成膜等）等方面，与新型正、负极材料相匹配， 提高安全性、功率和容量，最终安全方便地应用于电动车、储能、航天以及更广泛的领域。2.5其他材料在锂离子电池成本占比方面，粘结剂、导电剂、极耳、铝塑复合膜较低。粘结剂、 导电剂、铝塑复合膜毛利较高，产品主要依赖进口。粘结剂由阿科玛（法）、苏威（比）、 三井化学（日）、吴羽化学（日）供应。导电剂由瑞士特密高供应。铝塑复合膜由大 日本印刷、日本昭合供应；上述企业在国内均有代理商。3. 锂电池产业的现状和未来3.1发展和现状1992年，锂离子电池由索尼公司产业化，全球锂电市场基本由日本独霸天下。2000年以前，日本锂离子电池产量约占世界总产量的95%以上。2003年，中国电池总产量已达262亿只，约占全球电池总产量的一半以上，中国已是 名副其实的电池制造大国，目前的电池产量和出口量都位居世界第一。动力电池方面，由于钻酸锂的安全问题和高昂的价格，导致锂电始终没有完全进入动 力电池领域。现在的情况是钻酸锂和锰酸锂小批量配合使用，但是由于其固有的缺陷， 阻碍了大批量的商业化运作，产品只是在小批量试生产阶段。除成本问题之外，锂电仍有电池寿命机理（高功率电池老化特征、老化电池诊断、 老化电池电化学模型、电池寿命预测方法开发）、电池的低温性能表现（低温性能特 点、低温电解质模型、低温性能模拟）、容许偏差、过热偏差、过负载偏差、检查诊 断与降低电池成本（材料筛选与开发、低成本制造）等。而长期探索研究主要集中在 系统与材料两方面。3.2未来趋势磷酸基正极材料依其超长的循环寿命，极好的安全性能，较好的高温性能，极其 低廉的价格，而且低温性能和倍率放电已经可以达到钻酸锂的水平等，使其成为最有 希望的动力电池材料，其在未来的5年内可能会成镍镉电池的主要替代品，在未来的10年内会成为铅酸电池的有力竞争者，在未来的20年内可能会取代铅酸电池，成为主 要的启动电源、UPS电源和后备电源，成为二次电池的老大。一方面，各企业所公布的大部分纯电动汽车蓄电池实验室测试数据，如加速性能、 充电时间、持续里程数等，还须在复杂的外部环境实际运行下，进一步验证其可靠性， 以及生产批量化质量控制。另一方面，在我国锂离子电池生产中，锂离子电池所需隔 膜材料未能有实质性的突破，全部依靠进口，价格昂贵，占到动力电池成本的30%以 上。如果在这一材料上实现规模化生产技术，即可大幅度降低成本。对于缺少自主的、核心的汽车零部件技术的中国来说，混合动力/电动汽车用电池 和电机系统，是中国相关企业成为全球领先供应商的重要机会。在这方面，中国企业 和国外的差距没有现在的零部件核心技术那么大，并且拥有成本优势，以及在电动自 行车用电池（尤其是锂电池）方面积累的经验。4. 锂电池产业政策解读4.1直接相关篇1. 早期（1）国家科技部“九五计划：“先进电池及其材料产业被列入重大科技专项。（2）十五期间，“863计划第二批发布的项目指南中，明确了高能比、大容量、长寿 命锂离子电池材料的研究重点。（3）可惜这两条政策颁布的时间较早，但只停留指导层面，没有实质性的措施。2. 后续国家863计划投资20亿资助“电动车”重大专项，科技部“973”计划启动了 “绿色 二次电池新体系”课题，并投资3000万资助LiFePO4材料，作为对电动车项目的基础 研究的补充；“十一五”高技术产业发展规划将磷酸铁锂材料列入重点支持的领域。 这里明确了锂电重点支持的对象和资助的金额，但扶持的力度是有限的。