鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2019年04月30日
負(fù)極材料:鋰電池產(chǎn)業(yè)的大舞臺(tái)負(fù)
鋰離子電池的負(fù)極是由負(fù)極活性物質(zhì)碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側(cè),經(jīng)干燥、滾壓而成。負(fù)極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一,把握著動(dòng)力電池安全性命脈。目前商業(yè)化鋰離子電池采用的負(fù)極材料主要包括:①石墨類碳材料,分為天然石墨、人造石墨;②無序碳材料,包括硬碳、軟碳等;③鈦酸鋰材料;④硅基材料,主要分為碳包覆氧化亞硅復(fù)合材料、納米硅碳復(fù)合材料、無定形硅合金。
根據(jù)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示,2017年,中國(guó)鋰電池負(fù)極材料產(chǎn)量14.6萬噸,相比去年增長(zhǎng)23.7%。此外,中國(guó)負(fù)極市場(chǎng)產(chǎn)值同比增長(zhǎng)28.5%,達(dá)83億元,增速高于同期產(chǎn)量增速,其主要原因是針狀焦價(jià)格上漲和石墨化加工費(fèi)用上調(diào)。在鋰離子電池負(fù)極材料中,除石墨化中間相碳微球(MCMB)、無定形碳、硅或錫類占據(jù)小部分市場(chǎng)份額外,天然石墨和人造石墨占據(jù)著90%以上的負(fù)極材料市場(chǎng)份額。天然石墨具有儲(chǔ)量較大、成本低、配套生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備成熟、安全無毒等優(yōu)點(diǎn),其初始庫(kù)倫效率低、倍率性能不好等缺點(diǎn)可以通過顆粒球形化、表面包覆技術(shù)來解決,基本能夠滿足消費(fèi)類電子對(duì)小型電池性能的要求。人造石墨與天然石墨相比除具有相似優(yōu)點(diǎn)外,其石墨晶粒較小,石墨化程度稍低,結(jié)晶取向度偏小,所以在倍率性能以及體積膨脹、防止電極反彈方面優(yōu)于天然石墨。
2017年,人造石墨出貨量增長(zhǎng)強(qiáng)勢(shì),達(dá)到10.2萬噸,同比增長(zhǎng)30%,在所有負(fù)極材料出貨量占比近70%,其次為天然石墨,占比25%。其主要原因是新能源汽車動(dòng)力電池負(fù)極材料使用人造石墨占比高達(dá)90%以上,因此大幅拉動(dòng)其需求量;此外,高端數(shù)碼產(chǎn)品占比不斷提高,對(duì)于鋰電池大倍率充放電、循環(huán)性能、安全性能方面的要求逐步提高,因此市場(chǎng)使用人造石墨替代天然石墨。
石墨類負(fù)極材料獨(dú)占鰲頭的同時(shí),鈦酸鋰材料和硅基材料等新材料也在不斷發(fā)展,被認(rèn)為是未來鋰離子電池負(fù)極材料發(fā)展的重要方向。國(guó)內(nèi)近年來開發(fā)的硅基材料基本能達(dá)到高比容量、高功率特性和長(zhǎng)循環(huán)壽命的要求,但產(chǎn)業(yè)化還須突破工藝、成本和環(huán)境方面的制約。
全球來看,負(fù)極材料行業(yè)主要集中在日本與中國(guó),兩國(guó)的全球市場(chǎng)占有率合計(jì)達(dá)到95%以上,具有集中程度高,產(chǎn)品替代風(fēng)險(xiǎn)小的特點(diǎn)。日本的日立化成和中國(guó)的貝特瑞為兩國(guó)龍頭企業(yè),兩家企業(yè)全球市場(chǎng)占有率接近50%(2015年)。貝特瑞客戶群體包括三星、LG、松下、比亞迪、天津力神、合肥國(guó)軒、光宇電源等眾多國(guó)內(nèi)外知名企業(yè),產(chǎn)品也應(yīng)用于電子產(chǎn)品與動(dòng)力電池等多系列產(chǎn)品。隨著消費(fèi)類電子產(chǎn)品市場(chǎng)增速放緩,天然石墨和人造石墨市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)將會(huì)逐步放緩,但是其中高倍率和高容量產(chǎn)品的比重將會(huì)逐步提升。
此外,鋰離子電池負(fù)極材料呈現(xiàn)多樣性,硅-碳(Si-C)復(fù)合材料成為新趨勢(shì)。隨著技術(shù)進(jìn)步,目前鋰離子電池負(fù)極材料已經(jīng)從單一人造石墨發(fā)展到天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主,軟碳、硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負(fù)極材料共存的局面。天然石墨負(fù)極材料技術(shù)進(jìn)步較大,可逆容量達(dá)360mAh/g以上,并在消費(fèi)型鋰離子電池中獲得廣泛應(yīng)用。預(yù)計(jì)在未來小型電池中,高容量電池仍將以天然石墨為主;人造石墨負(fù)極材料當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛,其優(yōu)點(diǎn)是長(zhǎng)壽命,而缺點(diǎn)是容量相對(duì)較低,目前人造石墨技術(shù)改進(jìn)使得人造石墨可逆容量達(dá)350mAh/g。人造石墨與天然石墨復(fù)合作為鋰離子電池負(fù)極材料也已被許多電池廠家所認(rèn)可。在消費(fèi)類電子產(chǎn)品方面,需要提高電池能量密度,以硅-碳(Si-C)復(fù)合材料為代表的新型高容量負(fù)極材料是未來發(fā)展趨勢(shì),在動(dòng)力電池方面,鈦酸鋰材料是新發(fā)展方向。目前,鈦酸鋰、硅基材料等非碳材料年出貨量占比不到1%(2016年),隨著制作工藝及改性處理工藝的不斷發(fā)展,這些具有更大潛力的非碳負(fù)極材料將會(huì)逐步得到更為廣泛的應(yīng)用。
隨著消費(fèi)電子類產(chǎn)品更新?lián)Q代、新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展、智能電網(wǎng)的迅速推廣以及其它技術(shù)領(lǐng)域?qū)τ诟咝阅茈姵氐耐⑿枨螅囯姵匦袠I(yè)還將持續(xù)高速發(fā)展。這為鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了很大的機(jī)遇,但同時(shí)也提出更高的要求。
目前,人造石墨與改性天然石墨負(fù)極材料還可以繼續(xù)在新興領(lǐng)域獲得應(yīng)用,但性能提升的幅度不大,技術(shù)成熟度很高,生產(chǎn)企業(yè)較多,利潤(rùn)率較低。在電化學(xué)性能方面,其它負(fù)極材料還存在著不同程度的不足,例如硅基材料首周效率、循環(huán)性能等仍有待提高,體積膨脹問題也需要解決。同時(shí),新材料的產(chǎn)業(yè)化程度和配套技術(shù)成熟度與石墨類碳材料相比還有一定距離。在未來幾年,整個(gè)鋰離子電池負(fù)極材料的市場(chǎng)需求量將繼續(xù)增長(zhǎng),石墨類碳材料仍將獨(dú)占鰲頭。
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