鉅大鋰電 | 點擊量:0次 | 2019年04月30日
負極材料:鋰電池產業的大舞臺負
鋰離子電池的負極是由負極活性物質碳材料或非碳材料、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,經干燥、滾壓而成。負極材料是決定鋰離子電池性能的關鍵因素之一,把握著動力電池安全性命脈。目前商業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合材料、納米硅碳復合材料、無定形硅合金。
根據調研數據顯示,2017年,中國鋰電池負極材料產量14.6萬噸,相比去年增長23.7%。此外,中國負極市場產值同比增長28.5%,達83億元,增速高于同期產量增速,其主要原因是針狀焦價格上漲和石墨化加工費用上調。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、硅或錫類占據小部分市場份額外,天然石墨和人造石墨占據著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、配套生產技術及設備成熟、安全無毒等優點,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點外,其石墨晶粒較小,石墨化程度稍低,結晶取向度偏小,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,高端數碼產品占比不斷提高,對于鋰電池大倍率充放電、循環性能、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展,被認為是未來鋰離子電池負極材料發展的重要方向。國內近年來開發的硅基材料基本能達到高比容量、高功率特性和長循環壽命的要求,但產業化還須突破工藝、成本和環境方面的制約。
全球來看,負極材料行業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,產品替代風險小的特點。日本的日立化成和中國的貝特瑞為兩國龍頭企業,兩家企業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外知名企業,產品也應用于電子產品與動力電池等多系列產品。隨著消費類電子產品市場增速放緩,天然石墨和人造石墨市場規模增長將會逐步放緩,但是其中高倍率和高容量產品的比重將會逐步提升。
此外,鋰離子電池負極材料呈現多樣性,硅-碳(Si-C)復合材料成為新趨勢。隨著技術進步,目前鋰離子電池負極材料已經從單一人造石墨發展到天然石墨、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用。預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用非常廣泛,其優點是長壽命,而缺點是容量相對較低,目前人造石墨技術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。在消費類電子產品方面,需要提高電池能量密度,以硅-碳(Si-C)復合材料為代表的新型高容量負極材料是未來發展趨勢,在動力電池方面,鈦酸鋰材料是新發展方向。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用。
隨著消費電子類產品更新換代、新能源汽車產業的蓬勃發展、智能電網的迅速推廣以及其它技術領域對于高性能電池的旺盛需求,鋰電池行業還將持續高速發展。這為鋰離子電池負極材料產業的發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在新興領域獲得應用,但性能提升的幅度不大,技術成熟度很高,生產企業較多,利潤率較低。在電化學性能方面,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,新材料的產業化程度和配套技術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增長,石墨類碳材料仍將獨占鰲頭。
上一篇:電池產業:新能源車發展解析
下一篇:廢電池價格上漲!










