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鋰電池產業的大舞臺: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。
 
        根據高工產研鋰電研究所調研數據顯示,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。
 
        鋰電負極材料市場概況
 
        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。
 
        國內主要負極材料供應商
 
        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的優勝劣汰,杉杉股份(600884)鋰電池材料業務實現了經營業績的穩健增長。根據2018年上半年半年報顯示,杉杉股份主營業務收入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,其在負極材料業務也不斷加碼。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,在包頭投資建設負極一體化基地項目。該項目規劃建設年產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線,主要生產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務主要經營平臺。
 
        區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18年,在2006年已是國內負極材料最大供應商,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了中國出口的“零突破”。目前,公司構建了從礦石到成品的負極材料完整產業鏈,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。
 
        公司負極材料產品具備國際領先水平,運用獨特整形分級、機械改性(利用機械能誘發化學反應,誘導材料組織、結構、性能變化)、熱化學提純技術,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、化學改性(通過化學反應改變聚合物的物理、化學性質)等先進表面改性技術,研制、生產高端負極材料,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減少),壓實比達1.7g/cm3,循環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也對有意進軍負極材料行業。2017年8月,方大炭素(600516)發布公告稱,公司擬新增鋰電池負極材料的研制,以將產業鏈進一步向下游延伸。據悉,方大炭素擁有針狀焦產能6萬噸,若發展負極材料業務,在原材料環節將有顯著優勢。
 
        另一個進入負極材料的上市公司為硅寶科技(300019),該公司主營業務為有機硅密封膠,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技術局“產業集群協同創新項目”中的“高安全、高比能動力鋰離子電池關鍵材料”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業化。
 
        目前來看,從負極材料企業產能加碼以及新玩家的不斷加入來看,產業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量爆發的預期下,負極材料產量會有一個明顯的增長,但其價格很難出現較大幅下跌。
 
        小結
 
        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。
 
(責任編輯:弦吟雪)
文章標簽: 鋰電池 負極材料
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