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鋰電池產(chǎn)業(yè)的大舞臺:負極材料

時間:2018-10-26 10:20來源:粉體圈 作者:綜合報道
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        鋰離子電池的負極是由負極活性物質(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,把握著動力電池安全性命脈。目前商業(yè)化鋰離子電池采用的負極材料主要包括: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)高工產(chǎn)研鋰電研究所調(diào)研數(shù)據(jù)顯示,2017年,中國鋰電池負極材料產(chǎn)量14.6萬噸,相比去年增長23.7%。此外,中國負極市場產(chǎn)值同比增長28.5%,達83億元,增速高于同期產(chǎn)量增速,其主要原因是針狀焦價格上漲和石墨化加工費用上調(diào)。
 
        在鋰離子電池負極材料中,除石墨化中間相碳微球(MCMB)、無定形碳、硅或錫類占據(jù)小部分市場份額外,天然石墨和人造石墨占據(jù)著90%以上的負極材料市場份額。天然石墨具有儲量較大、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,其初始庫倫效率低、倍率性能不好等缺點可以通過顆粒球形化、表面包覆技術(shù)來解決,基本能夠滿足消費類電子對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強勢,達到10.2萬噸,同比增長30%,在所有負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力電池負極材料使用人造石墨占比高達90%以上,因此大幅拉動其需求量;此外,高端數(shù)碼產(chǎn)品占比不斷提高,對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,因此市場使用人造石墨替代天然石墨。
 
        石墨類負極材料獨占鰲頭的同時,鈦酸鋰材料和硅基材料等新材料也在不斷發(fā)展,被認為是未來鋰離子電池負極材料發(fā)展的重要方向。國內(nèi)近年來開發(fā)的硅基材料基本能達到高比容量、高功率特性和長循環(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。
 
        鋰電負極材料市場概況
 
        全球來看,負極材料行業(yè)主要集中在日本與中國,兩國的全球市場占有率合計達到95%以上,具有集中程度高,產(chǎn)品替代風(fēng)險小的特點。日本的日立化成和中國的貝特瑞為兩國龍頭企業(yè),兩家企業(yè)全球市場占有率接近50%(2015年)。貝特瑞客戶群體包括三星、LG、松下、比亞迪、天津力神、合肥國軒、光宇電源等眾多國內(nèi)外知名企業(yè),產(chǎn)品也應(yīng)用于電子產(chǎn)品與動力電池等多系列產(chǎn)品。隨著消費類電子產(chǎn)品市場增速放緩,天然石墨和人造石墨市場規(guī)模增長將會逐步放緩,但是其中高倍率和高容量產(chǎn)品的比重將會逐步提升。
 
        此外,鋰離子電池負極材料呈現(xiàn)多樣性,硅-碳(Si-C)復(fù)合材料成為新趨勢。隨著技術(shù)進步,目前鋰離子電池負極材料已經(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、硅碳合金等多種負極材料共存的局面。天然石墨負極材料技術(shù)進步較大,可逆容量達360mAh/g以上,并在消費型鋰離子電池中獲得廣泛應(yīng)用。預(yù)計在未來小型電池中,高容量電池仍將以天然石墨為主;人造石墨負極材料當前應(yīng)用非常廣泛,其優(yōu)點是長壽命,而缺點是容量相對較低,目前人造石墨技術(shù)改進使得人造石墨可逆容量達350mAh/g。人造石墨與天然石墨復(fù)合作為鋰離子電池負極材料也已被許多電池廠家所認可。在消費類電子產(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極材料是未來發(fā)展趨勢,在動力電池方面,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極材料將會逐步得到更為廣泛的應(yīng)用。
 
        國內(nèi)主要負極材料供應(yīng)商
 
        2018年上半年,面對激烈的市場競爭、上游原材料價格大幅波動以及下游電芯行業(yè)的優(yōu)勝劣汰,杉杉股份(600884)鋰電池材料業(yè)務(wù)實現(xiàn)了經(jīng)營業(yè)績的穩(wěn)健增長。根據(jù)2018年上半年半年報顯示,杉杉股份主營業(yè)務(wù)收入33.48億元,同比增長15%。其中,負極材料銷售量14650噸,營收7.76億元,同比增長11.56%。
 
        近年來,杉杉股份致力于打造正負極材料巨無霸,其在負極材料業(yè)務(wù)也不斷加碼。2017年8月,杉杉股份下屬控股子公司寧波杉杉新材料科技有限公司擬投資38.07億元,在包頭投資建設(shè)負極一體化基地項目。該項目規(guī)劃建設(shè)年產(chǎn)10萬噸鋰離子電池負極材料一體化基地,涵蓋從原材料加工、生料加工、石墨化、碳化到成品加工,集五大工序于一體的負極材料生產(chǎn)線,主要生產(chǎn)以低成本為絕對核心競爭力的大宗動力電池和儲能電池負極材料產(chǎn)品。同年10月,杉杉股份控股子公司甬源投資以自籌資金9.3億元對寧波杉杉新材料進行增資,以提升其盈利能力,其中,寧波杉杉新材料為公司負極材料業(yè)務(wù)主要經(jīng)營平臺。
 
        區(qū)別于杉杉股份成為全球鋰電池正負極材料巨無霸的雄心壯志,貝特瑞(835185)扎根于鋰電材料行業(yè)18年,在2006年已是國內(nèi)負極材料最大供應(yīng)商,2010年負極材料出貨量超過日本,成為世界第一。2017年,公司的硅碳負極材料實現(xiàn)了中國出口的“零突破”。目前,公司構(gòu)建了從礦石到成品的負極材料完整產(chǎn)業(yè)鏈,全球負極材料市場占有率達到25%,是鋰離子電池負極材料國家標準主要起草單位。
 
        公司負極材料產(chǎn)品具備國際領(lǐng)先水平,運用獨特整形分級、機械改性(利用機械能誘發(fā)化學(xué)反應(yīng),誘導(dǎo)材料組織、結(jié)構(gòu)、性能變化)、熱化學(xué)提純技術(shù),將普通鱗片石墨加工成球形石墨,純度提高到99.95%以上,最高可達99.9995%,并通過機械融合、化學(xué)改性(通過化學(xué)反應(yīng)改變聚合物的物理、化學(xué)性質(zhì))等先進表面改性技術(shù),研制、生產(chǎn)高端負極材料,其首次放電容量達360mAh/g,首次效率大于95%(電池在首次充放電過程中,負極會消耗一部分來自正極的鋰離子,電池實際容量比理論容量相應(yīng)減少),壓實比達1.7g/cm3,循環(huán)500次容量保持在88%以上。
 
        伴隨著2017年以來針狀焦價格上漲,掌握其鋰電池原材料企業(yè)也對有意進軍負極材料行業(yè)。2017年8月,方大炭素(600516)發(fā)布公告稱,公司擬新增鋰電池負極材料的研制,以將產(chǎn)業(yè)鏈進一步向下游延伸。據(jù)悉,方大炭素擁有針狀焦產(chǎn)能6萬噸,若發(fā)展負極材料業(yè)務(wù),在原材料環(huán)節(jié)將有顯著優(yōu)勢。
 
        另一個進入負極材料的上市公司為硅寶科技(300019),該公司主營業(yè)務(wù)為有機硅密封膠,2017年12月26日,硅寶科技公告稱,由硅寶科技牽頭承擔成都市科學(xué)技術(shù)局“產(chǎn)業(yè)集群協(xié)同創(chuàng)新項目”中的“高安全、高比能動力鋰離子電池關(guān)鍵材料”項目獲批立項。該項目針對新能源汽車用動力鋰離子電池的重要應(yīng)用需求,解決安全性差和比能量低兩個重大難題,本項目研發(fā)的鋰電池負極所用的材料就是硅碳負極材料,該項目的其中一個目標就是將其產(chǎn)業(yè)化。
 
        目前來看,從負極材料企業(yè)產(chǎn)能加碼以及新玩家的不斷加入來看,產(chǎn)業(yè)資本對于負極材料市場仍寄予厚望,在高價原料的支撐下,以及對動力電池市場產(chǎn)量爆發(fā)的預(yù)期下,負極材料產(chǎn)量會有一個明顯的增長,但其價格很難出現(xiàn)較大幅下跌。
 
        小結(jié)
 
        隨著消費電子類產(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。這為鋰離子電池負極材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了很大的機遇,但同時也提出更高的要求。
 
        目前,人造石墨與改性天然石墨負極材料還可以繼續(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,利潤率較低。在電化學(xué)性能方面,其它負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,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,整個鋰離子電池負極材料的市場需求量將繼續(xù)增長,石墨類碳材料仍將獨占鰲頭。
 
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文章標簽: 鋰電池 負極材料
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