锂电池相关材料.docx
《锂电池相关材料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《锂电池相关材料.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
锂电池相关材料
CompanyDocumentnumber：
WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
锂电池相关材料
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
较差
差
环保性
差
差
中
好
好
技术成熟度
好
好
较好
较差
差
优点
技术成熟、性价比高、便携性好
性价比优异、技术成熟、安全性好
高倍率充放电、技术成熟
能量密度高、无记忆效应、循环寿命长、自放电小、环保型好
能量密度高、能量转换性能好、低污染
缺点
能量密度低、污染环境
能量密度低、循环寿命低、铅污染环境
自放电明显、镍镉电池记忆性好、镉污染环境
成本高、安全性未完全解决、高功率放电性能差
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）
重量比能量（Wh/Kg）
50
65
105-140
体积比能量（Wh/L）
150
200
300-350
充放电寿命（次）
500
500
1000
自放电率（%/月）
25-30
30-35
6-9
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
钴酸锂
钴镍锰酸锂
锰酸锂
磷酸铁锂
工作电压（V）
电容率（mAh/g）
145
170
110
140
循环寿命（次）
>500
>500
>500
>1000
价格
高
较高
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年内将保持年均%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万户，用户总数为亿户，每百人移动电话拥有量达到部，比2007年增加部，全行业手机产量为亿部，同比增长2%。
2008年全球手机出货量达到亿部，同比增长%，我国境内生产手机占%，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×+50万×12kWh=720万kWh的电池需求量（混合动力车按计算；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。
四、国内锂电池行业发展的有力条件
（一）“十一五”期间，中央政府将在锂离子电池研制方面投资6000万元，同时要求承担项目的公司按照10倍比例投入配套资金，这样，总的投资将达到6亿元。
而“十五”期间在锂电池研发上的国拨经费只有800万元，加上地方的配套经费，大约只有1600万元。
（二）信息产业部等7部委出台的《电子信息产品污染控制管理办法》于2007年3月1日实施，同时，国家发改委等部门将出台《废旧家用电器回收管理办法》，政策将对废旧电器，包括电池的回收进行规范，由于铅、汞、镉等有毒有害物质在电池领域大量使用，电池行业的发展将受到极大影响。
这对锂离子电池产业的发展来说是利好。
（三）2006年9月14日，国家财政部等五部委联合印发了《关于调整部分商品出口退税率和增补加工贸易禁止类商品目录的通知》。
根据《通知》规定，铅酸蓄电池、氧化汞电池的出口退税政策被取消；而早在2004年，电池的出口退税率便开始逐年下调，并将逐步全面取消退税。
目前铅酸蓄电池、氧化汞和镉镍电池已被列入加工贸易禁止类目录，对列入此目录的商品进口一律征收进口关税和进口环节税。
而国家对锂离子电池出口退税从13%上调至17%。
（四）除笔记本电脑及手机等传统主要应用外，电动工具、其它消费性电子产品、轻型电动车与电动汽车等新应用，已为锂离子电池注入高度成长的动力，并将成为2016年锂离子电池总产值挑战100亿美元的主要推手。
（五）各国的动力锂电池发展取得了很大进步，正极材料主要是磷酸铁锂和锰酸锂，在容量、安全性、循环寿命等多方面都已经完全能适应动力设备的要求，在电动自行车、混合电动力车、纯电动车、电动船、UPS电源以及其他一些储能装置上已经开始应用，最近几年将会大批量的应用。
五、我国锂电池行业发展存在的问题
（一）目前锂离子电池发展的瓶颈是其安全性能和汽车动力电池的管理系统：
安全性能方面，由于锂离子动力电池具有能量密度大、工作温度高、工作环境恶劣等方面的原因，加上以人为本的安全理念，因此，用户对电池的安全性提出了非常高的要求。
汽车动力电池的管理系统方面，由于汽车动力电池的工作电压是12V或24V，而单个动力锂离子电池的工作电压是，因此必须由多个电池串联而提高电压，但由于电池难以做到完全均一的充放电，因此导致串联的多个电池组内的单个电池会出现充放电不平衡的状况，电池会出现充电不足和过放电现象，而这种状况会导致电池性能的急剧恶化，最终导致整组电池无法正常工作，甚至报废，从而大大影响电池的使用寿命和可靠性能。
（二）目前锂电池使用的隔膜基本靠进口，如果实现国产化则可大大降低制造成本，目前国内仅有个别企业突破了隔膜制造技术，开始批量生产，但还不能完全替代进口隔膜。
（三）扩大锂电池的生产规模化，提升自动化水平，降低成本，这些需要资金的大量介入，另外还需要配套的充电站设施的大量先期投入，提供方便电动车应用的大环境，国内目前在配套设施方面比较落后，从而影响了锂电池动力汽车。
升级会员 