鋰電池行業(yè)綜述報(bào)告

鋰電池行業(yè)綜述報(bào)一、鋰電池分類和結(jié)構(gòu)（一）正極材料1.鉆酸鋰（LiCoO2）鎳酸鋰（LiNiO2）鎳鉆二元復(fù)合材料尖晶石錳酸鋰（LiMn2O4）5.磷酸鐵鋰（LiFePO4）6.材料性能綜合評(píng)價(jià)（二）負(fù)極材料（三）電解液基質(zhì)（四）隔膜二、鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析（一）國內(nèi)鋰電池發(fā)展刺激政策（二）國外刺激政策（三）鋰離子電池市場現(xiàn)狀及需求前景分析三、鋰電池技術(shù)分析（一）材料比較（二）存在問題（三）正極材料發(fā)展分析鉆酸鋰錳酸鋰和三元材料磷酸鐵鋰（四）電解液發(fā)展分析（五）隔膜發(fā)展分析四、投資風(fēng)險(xiǎn)一、鋰電池分類和結(jié)構(gòu)鋰電池主要是指在電極材料中使用了鋰元素作為主要活性物質(zhì)的一類電池，包括鋰原電池與鋰二次電池。鋰原電池是不能充電重復(fù)使用的，二次電池是可以多次充放電使用的。鋰原電池主要有鋰錳電池、鋰硫電池、鋰亞硫酰氯電池、鋰硫酰氯電池等。手表、計(jì)算器、計(jì)算機(jī)主板CMOS中用到的3V鋰電池，主要是鋰錳電池。而通常所說的鋰電池，如手機(jī)鋰電池，筆記本鋰電池，屬于鋰二次電池。鋰二次電池中最常見，也是應(yīng)用最廣泛的是鋰離子二次電池，簡稱鋰離子電池。由于鋰離子電池具備可反復(fù)充放電的性質(zhì)，而且在其工作過程中碳排放為零，因此在日常生活中，特別是大型儲(chǔ)能設(shè)備如車載用電池中得到廣泛應(yīng)用。另外，由于鋰離子電池環(huán)保安全及循環(huán)使用的特點(diǎn)，在電動(dòng)工具、電動(dòng)車、路燈備用電源、大型電力儲(chǔ)能設(shè)備以及手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)等電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，本文將重點(diǎn)著力于介紹鋰離子電池。鋰離子電池在結(jié)構(gòu)上主要有五大塊：正極、負(fù)極、電解液、隔膜、外殼與電極引線。電池內(nèi)部采用螺旋繞制結(jié)構(gòu)，用一種非常精細(xì)而滲透性很強(qiáng)的聚乙烯薄膜隔離材料在正、負(fù)極間間隔而成。正極包括由鉆酸鋰（或鐐鉆錳酸鋰、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰等）及鋁箔組成的電流收集極。負(fù)極由石墨化碳材料和銅箔組成的電流收集極組成。電池內(nèi)充有有機(jī)電解質(zhì)溶液。另外還裝有安全閥和PTC元件（正溫度系數(shù)熱敏電阻），以便電池在不正常狀態(tài)及輸出短路時(shí)保護(hù)電池不受損壞。單節(jié)鋰電池的電壓為3.7V（磷酸亞鐵鋰正極的為3.2V）。由于電池容量也不可能無限大，因此常常將單節(jié)鋰電池進(jìn)行串、并聯(lián)處理，以滿足不同場合的要求。（一）正極材料1.鈷酸鋰（LiCoO2）鉆酸鋰也是目前應(yīng)用最為廣泛的正極材料，鉆產(chǎn)生3.9V的電壓平臺(tái)，對鉆酸鋰而言，對應(yīng)于其理論容量，高達(dá)274mAh/g，實(shí)際容量可達(dá)155mAh/g，具有很高的能量密度。主要應(yīng)用于便攜電池領(lǐng)域：如手機(jī)、PDA、移動(dòng)DVD、MP3/MP4和筆記本電腦等。鎳酸鋰（LiNiO2）在鐐酸鋰電池中，化學(xué)離子對Ni4+/Ni3+可產(chǎn)生3.75V的電壓平臺(tái)，提供接近200mAh/g的循環(huán)容量。但在實(shí)際中，很難得到這個(gè)結(jié)果。首先在高溫下，由于Li的揮發(fā)，很難合成化學(xué)計(jì)量比LiNiO2，高溫時(shí)六方相的LiNiO2晶體很容易轉(zhuǎn)變?yōu)榱⒎较嗟腖iNiO2晶體。這種鋰鐐置換的立方的沒有電化學(xué)活性，而且該反應(yīng)的逆過程很慢并且不完全。此外在充放電過程中，LiNiO2還可能發(fā)生其他一系列的結(jié)構(gòu)變化，而導(dǎo)致嵌鋰容量的損失。因此實(shí)際上鐐酸鋰無太大實(shí)用價(jià)值。鎳鈷二元復(fù)合材料考慮到鉆酸鋰價(jià)格昂貴，鐐酸鋰合成困難，研究人員開發(fā)出鐐鉆二元材料結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，用價(jià)格相對低廉的鐐替代部分鉆，合成具有LiCoO2—樣的優(yōu)良電化學(xué)性能的正極材料，那么將具有廣闊的應(yīng)用前景。尖晶石錳酸鋰（LiMn2O4）尖晶石錳酸鋰能夠產(chǎn)生4.0V的電壓平臺(tái)，與鉆酸鋰相當(dāng)，理論容量148mAh/g，實(shí)際容量120mAh/g左右，比現(xiàn)在所用的鉆酸鋰稍低。與鉆酸鋰和鐐酸鋰相比，錳酸鋰原料來源廣泛，價(jià)格非常便宜（只有鉆的10%）,而且沒有毒性，對環(huán)境友好。曾一度被認(rèn)為是替代LiCoO2的首選鋰離子電池正極材料。但是尖晶石LiMn2O4容量容易衰減的。磷酸鐵鋰（LiFePO4）1997年，Goodenough等研究人員首次報(bào)道了橄欖石型的磷酸鐵鋰（LiFePO4）可用于鋰離子電池正極材料，其中的鋰離子可以完全從晶格中脫出形成層狀FePO4，其相對于鋰的電極電壓為3.5V，理論容量為170mAh/g。材料性能綜合評(píng)價(jià)綜上所述，LiCoO2的研究比較成熟，綜合性能優(yōu)良，但價(jià)格昂貴，容量較低，毒性較大。LiNiO2成本較低，容量較高，但制備困難，材料性能的一致性和重現(xiàn)性差，存在較為嚴(yán)重的安全問題。鐐鉆二元復(fù)合材料，兼有LiNiO2和LiCoO2的優(yōu)點(diǎn)，但仍存在較為苛刻的合成條件，綜合性能有待改進(jìn)。同時(shí)由于含較多昂貴的Co，成本也較高。尖晶石LiMn2O4成本低，安全性好，但循環(huán)性能尤其是高溫循環(huán)性能差，在電解液中有一定的溶解性，儲(chǔ)存性能差。因此上述鉆酸鋰、鐐酸鋰、錳酸鋰及其同類正極材料尚不能滿足要求。磷酸鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月(比亞迪公司)。其充放循環(huán)壽命達(dá)2000次，過充電壓30V下不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料類鋰離子電池更易串聯(lián)使用，以滿足電動(dòng)車頻繁充放電的需要。由于同時(shí)具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價(jià)格便宜，壽命長等優(yōu)點(diǎn)，磷酸鐵鋰可視為是新一代鋰離子電池的理想正極材料。負(fù)極材料目前，鋰離子電池所采用的負(fù)極材料一般都是碳素材料，如石墨、軟碳(如焦炭等)、硬碳等。正在探索的負(fù)極材料有氮化物、PAS、硅基氧化物、錫基氧化物、錫合金，以及納米負(fù)極材料等。作為鋰離子電池負(fù)極材料要求具有以下基本性能：(1)鋰離子在負(fù)極基體中的插入氧化還原電位盡可能低，接近金屬鋰的電位，從而使電池的輸出電壓高；(2)在基體中大量的鋰能夠發(fā)生可逆插入和脫插以得到高容量密度；(3)氧化還原電位不會(huì)發(fā)生顯著變化，可保持較平穩(wěn)的充電和放電；(4)插入化合物應(yīng)有較好的電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率，這樣可減少極化并能進(jìn)行大電流充放電；(5)從實(shí)用角度而言，主體材料應(yīng)該便宜，對環(huán)境無污染；碳負(fù)極鋰離子電池在安全和循環(huán)壽命方面顯示出較好的性能，并且碳材料價(jià)廉、無毒，目前商品鋰離子電池廣泛采用碳負(fù)極材料。近年來隨著對碳材料研究工作的不斷深入，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過對石墨和各類碳材料進(jìn)行表面改性和結(jié)構(gòu)調(diào)整，將比容量從原來的理論值372mAh/g，大大提高到700-1000mAh/g，同時(shí)使鋰離子電池的比能量大大增加。目前，已研究開發(fā)的鋰離子電池負(fù)極材料主要有：石墨、石油焦、碳纖維、熱解炭、中間相瀝青基炭微球（MCMB）、炭黑、玻璃炭等，其中石墨和石油焦最有應(yīng)用價(jià)值。一般來說，根據(jù)石墨化程度，可將碳負(fù)極材料分成石墨、軟碳和硬碳。石墨材料導(dǎo)電性好，結(jié)晶度較高具有良好的層狀結(jié)構(gòu)，充放電容量可達(dá)300mAh/g以上，充放電效率在90%以上，可與提供鋰源的正極材料鉆酸鋰、錳酸鋰、鐐酸鋰等匹配，組成的電池平均輸出電壓高，是目前鋰離子電池應(yīng)用最多的負(fù)極材料。軟碳材料為容易石墨化的碳素材料，是指在2500。。以上的高溫下經(jīng)過石墨化轉(zhuǎn)變的無定形碳。軟碳的石墨化程度低，與電解液的相容性好。常見的軟碳有石油焦、針狀焦、碳纖維、碳微球等。而硬碳材料是指難于石墨化的碳素材料，是由高分子聚合物經(jīng)過熱分解形成的，鋰容量很大（500-1000mAh/g）。這類碳在2500°C以上的高溫也難以石墨化，常見的硬碳有樹脂碳（酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂）。（三）電解液基質(zhì)目前鋰電池電解液基質(zhì)絕大多數(shù)使用六氟磷酸鋰，其分子式為LiPF6，白色晶體，穩(wěn)定性較差，易與水反應(yīng)，加熱分解。六氟磷酸鋰可溶于無水氟化氫、低烷基醚、腈、毗啶和醇等非水溶劑，但難溶于烷烴和苯等有機(jī)溶劑。LiPF6易與酸反應(yīng)生成PF5和鋰鹽，含有LiPF6的有機(jī)電解液因具有良好的導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性，被選定為鋰離子電池的電解質(zhì)。綜上，鋰離子電池各部分材料市場價(jià)格如下：（四）隔膜鋰電池隔膜是鋰電池結(jié)構(gòu)中最重要的一部分?，F(xiàn)在要求隔膜的厚度一般為25微米，單層隔膜可能達(dá)到的厚度為7-40微米。隔膜通常有兩種類型。一、選用聚乙烯聚丙稀-聚乙烯三層合拼隔膜紙，目前有美國Celgard及日本UBE。制造此類型隔膜特點(diǎn)在于降低成本，但制造工藝復(fù)雜，對超薄16微米以下尤為難做到。二、單層聚乙烯隔膜，目前有日本的旭化成、東燃、美國的ENTEK三家公司。此類型隔膜由于是單層聚乙烯，故生產(chǎn)成本較高。日本優(yōu)質(zhì)電池隔膜幾乎全部采用單層聚乙烯隔膜。WIDE公司的隔膜紙產(chǎn)品也采用單層聚乙烯隔膜。電池的正負(fù)極之間的隔膜，首先它必須具備良好的電絕緣性，其次由于它在電解液中處于浸濕狀態(tài)，必須具備良好的耐堿性，并且要有良好的透氣性等。因此電池制造商在選擇隔膜時(shí)多選用在較廣的溫度范圍內(nèi)（-55-85。。）保持電子穩(wěn)定性、體積穩(wěn)定性、和化學(xué)穩(wěn)定性。隔膜性能的好壞在很大程度上將影響電池的循環(huán)壽命和自放電狀況。因此，透氣性、厚度、阻抗的設(shè)計(jì)成為判別電池品質(zhì)好壞的重要指標(biāo)。對于鋰電池，如果隔膜的隔膜孔洞不好，將影響鋰離子在正負(fù)極之間的傳遞，繼而影響鋰電池的充放電。二、鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析（一）國內(nèi)鋰電池發(fā)展刺激政策電動(dòng)汽車對中國戰(zhàn)略意義重大，政府動(dòng)作頻頻。作為汽車生產(chǎn)和消費(fèi)大國，中國由于在傳統(tǒng)汽車制造領(lǐng)域處于絕對落后，因此政府非常重視電動(dòng)汽車的研發(fā)，希望借此實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，縮小汽車這個(gè)支柱產(chǎn)業(yè)與世界先進(jìn)水平的差距。從近些年政府政策制定看，對電動(dòng)汽車的支持力度很大。繼2009年1月，由科技部、財(cái)政部、發(fā)改委、工業(yè)和信息化部共同啟動(dòng)十城千輛工程之后，2010年6月，財(cái)政部、科技部、工業(yè)和信息化部、國家發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開展私人購買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)的通知》，備受關(guān)注的新能源汽車補(bǔ)貼實(shí)施細(xì)則正式出臺(tái)。實(shí)施細(xì)則確定在上海、長春、深圳、杭州、合肥等個(gè)城市啟動(dòng)私人購買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)工作，政策明顯傾向發(fā)展鋰電池電動(dòng)汽車，對插電式混合動(dòng)力乘用車及純電動(dòng)車每輛最高補(bǔ)貼5萬和6萬元，對弱混電動(dòng)車每輛僅補(bǔ)貼3000元。市場推廣政策經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策法律強(qiáng)制政策結(jié)合研發(fā)經(jīng)費(fèi)（1）科技部“十城千輛”計(jì)劃：每年發(fā)展10個(gè)城市，每個(gè)城市推出1000輛新型動(dòng)力汽車開展示范運(yùn)行，涉及公交、出租、公務(wù)、市政等領(lǐng)域，將至少推廣使用6萬輛的節(jié)能與新能源汽車;（2）2009年9月，國家電網(wǎng)公司宣布其正在北京、上海和其他大型城市建造電動(dòng)車充電站，每座充電站投資額為25萬元人民幣；（3）科技部目前正在考慮建造可插入汽車充電的充電站，而另一種是鋰離市場推廣政策經(jīng)濟(jì)優(yōu)惠政策法律強(qiáng)制政策結(jié)合研發(fā)經(jīng)費(fèi)（1）科技部“十城千輛”計(jì)劃：每年發(fā)展10個(gè)城市，每個(gè)城市推出1000輛新型動(dòng)力汽車開展示范運(yùn)行，涉及公交、出租、公務(wù)、市政等領(lǐng)域，將至少推廣使用6萬輛的節(jié)能與新能源汽車;（2）2009年9月，國家電網(wǎng)公司宣布其正在北京、上海和其他大型城市建造電動(dòng)車充電站，每座充電站投資額為25萬元人民幣；（3）科技部目前正在考慮建造可插入汽車充電的充電站，而另一種是鋰離子電池交換站，汽車在此可將用盡的電池交換一塊充滿電的電池；（4）2009年10月，通用透露正與國家電網(wǎng)商討合作，以建立電動(dòng)車充電平臺(tái)。（1）財(cái)政部補(bǔ)貼計(jì)劃：在上海、長春、深圳、杭州、合肥等5個(gè)城市啟動(dòng)私人購買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)工作，政策明顯傾向發(fā)展鋰電池電動(dòng)汽車對插電式混合動(dòng)力乘用車及純電動(dòng)車每輛最高補(bǔ)貼5萬和6萬元，對弱混電動(dòng)車每輛僅補(bǔ)貼3000元。（2）將通過應(yīng)用汽車消費(fèi)者稅等各種稅費(fèi)政策，引導(dǎo)新型動(dòng)力汽車消費(fèi)；（3）目前正在研究通過所得稅減免、進(jìn)口稅收優(yōu)惠等政策，支持企業(yè)加大對新能源汽車的投入和技術(shù)改造的力度；（4）科技部會(huì)同重慶市政府將對長安杰勛混合動(dòng)力汽車購買者提供每輛2萬元的補(bǔ)貼。（1）從2008年至2012年，湖南省和株洲、湘潭市每年共安排4500萬元資金，專項(xiàng)用于電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展；補(bǔ)助展電動(dòng)汽車能源供給系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)研究提供試驗(yàn)手段；正在積極開展電動(dòng)汽車供電系統(tǒng)、充電系統(tǒng)和電池系統(tǒng)等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的研究和制訂工作，目前已經(jīng)完成了公共能源供給系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)體系第一批6套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的起草工作；此外還將開展電動(dòng)汽車相關(guān)配套政策的研究，為政府出臺(tái)相關(guān)政策提供決策支持。（二）國外刺激政策為了加速本國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展，占領(lǐng)未來行業(yè)競爭的制高點(diǎn)，西方各國紛紛推出電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)扶持政策，加大在相關(guān)領(lǐng)域的研發(fā)投入。從政策著力點(diǎn)考慮，政策可包握方面：供給端政策和需求端政策。供給端政策主要是加大基礎(chǔ)材料的研發(fā)投入，加快充電站等相關(guān)配套設(shè)施建設(shè)和相關(guān)人員培訓(xùn)等。需求端政策主要是購車補(bǔ)貼，稅收優(yōu)惠，政府采購電動(dòng)車等措施。（三）鋰離子電池市場現(xiàn)狀及需求前景分析鋰離子電池具有工作電壓高、體積小、無記憶效應(yīng)、無污染、自放電小、循環(huán)壽命長等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、PDA、數(shù)碼相機(jī)和攜帶式電動(dòng)工具等領(lǐng)域，其中筆記本電腦占23%，手機(jī)占50%，為最大應(yīng)用領(lǐng)域。鋰離子電池自1992年由索尼公司產(chǎn)業(yè)化以來，全球鋰電池市場基本由日本獨(dú)霸天下。近年來，隨著中國和韓國的迅速崛起，日本鋰電池的市場分額逐漸減少，全球鋰電池產(chǎn)業(yè)形成了中、日、韓三分天下的格局。隨著手機(jī)、筆記本電腦等便攜電器設(shè)備的發(fā)展，全球鋰離子電池的市場規(guī)模廣闊。目前鋰電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)楣P記本電腦和手機(jī)。1998年至今，全球鋰離子電池需求量持年均兩位數(shù)以上的增長。在全球新一代3G移動(dòng)通訊技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化娛樂便攜設(shè)備逐步普及的情況下，筆記本電腦、手機(jī)、上網(wǎng)本、數(shù)碼產(chǎn)品、游戲機(jī)等消費(fèi)電子領(lǐng)域的需求將繼續(xù)保持旺盛的增長。電動(dòng)汽車對鋰電池材料消耗量相當(dāng)于傳統(tǒng)電池的上萬倍。由于電動(dòng)汽車需要的是大功率電能，因此實(shí)際使用過程中，往往使用上千個(gè)電芯串聯(lián)成電池組以保證能量的供應(yīng)。以日本尼桑公司2010年推出純電動(dòng)車型LEAF為例，鋰電池容量為24kWh，是標(biāo)準(zhǔn)手機(jī)電池容量的12000倍。因此，電動(dòng)汽車對鋰離子電池材料的需求很大。據(jù)測算，一臺(tái)純電動(dòng)汽車需要40-50kg的正極材料和電解液，是單個(gè)手機(jī)電池耗用量的一萬倍左右。根據(jù)測算，僅生產(chǎn)100萬輛電動(dòng)車所需的鋰離子電池相關(guān)材料，就將是目前全球鋰電池材料總需求量的數(shù)倍。因此，電動(dòng)汽車的推廣將帶動(dòng)鋰離子電池相關(guān)材料的需求呈現(xiàn)爆發(fā)性增長。三、鋰電池技術(shù)分析（一）材料比較鋰電池的市場將會(huì)爆發(fā)性增長，已經(jīng)無需置疑。電動(dòng)汽車產(chǎn)量的快速擴(kuò)張必將帶動(dòng)對鋰電池材料的需求。鋰電池主要由4部分構(gòu)成，即電極、電解液、隔膜和包裝材料。其中，包裝材料和石墨負(fù)極技術(shù)相對成熟，成本占比不高。鋰離子電池的核心材料主要是正極材料、電解液和隔膜。其中，正極材料是鋰離子電池電化學(xué)性能的決定性因素。正極材料占鋰電池成本的比例超過40%，是最主要的構(gòu)成部分。電解液和隔膜，成本占比分別為10%和20%。由于目前鋰電池核心材料仍處于研發(fā)階段，離大規(guī)模成熟應(yīng)用于電動(dòng)汽車仍有一定距離，國內(nèi)企業(yè)仍需要持續(xù)研發(fā)，改進(jìn)工藝，以滿足電動(dòng)汽車對材料的更高要求。綜合技術(shù)、產(chǎn)品盈利能力和需求增長幅度，對各子行業(yè)排序如下：從技術(shù)成熟度考慮，電解液〉磷酸鐵鋰二六氟磷酸鋰〉隔膜。電解液主要是復(fù)配技術(shù)，技術(shù)最為成熟，不存在新產(chǎn)品替代的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)因而最低；與之相對，磷酸鐵鋰的技術(shù)路線風(fēng)險(xiǎn)最高，日韓企業(yè)基本采取三元材料和高端錳酸鋰的技術(shù)路線。另一方面，國內(nèi)磷酸鐵鋰的生產(chǎn)取得一定突破，但一致性目前仍未得到有效解決，國內(nèi)絕大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)都還處于小量送樣階段，未實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)；六氟磷酸鋰的技術(shù)路線風(fēng)險(xiǎn)相對較低，但產(chǎn)品要求嚴(yán)格，工業(yè)化生產(chǎn)難度很高；隔膜的難點(diǎn)不在合成而在于工藝，國內(nèi)相對落后的應(yīng)用研究，導(dǎo)致隔膜成為鋰電池核心材料中，國產(chǎn)化率最低，也是生產(chǎn)難度最大的材料。從產(chǎn)品收益率考慮，隔膜＞六氟磷酸鋰〉磷酸鐵鋰〉電解液。技術(shù)門檻的高低，決定了產(chǎn)品盈利的高低。因此，佛塑股份的隔膜雖然質(zhì)量落后于國際巨頭，定位中端，仍然具有60%以上的毛利率。而江蘇國泰的電解液，定位高端，毛利率預(yù)計(jì)在30%-40%左右。六氟磷酸鋰和磷酸鐵鋰，預(yù)計(jì)盈利能力介于兩者之間。從動(dòng)力電池帶來的需求增長幅度考慮，磷酸鐵鋰〉隔膜〉電解液二六氟磷酸鋰。由于磷酸鐵鋰不能用于傳統(tǒng)小型鋰電池，因此動(dòng)力電池對其的需求拉動(dòng)最為顯著；動(dòng)力電池對隔膜安全性要求很高，目前主要使用3層復(fù)合隔膜，因此大大提升了隔膜的需求量。而傳統(tǒng)鋰電池領(lǐng)域的約1.5億平米左右的需求量，決定了其需求彈性略低于磷酸鐵鋰；六氟磷酸鋰與電解液基本保持1：10的比例，因此兩者的需求彈性相同。（二）存在問題磷酸鐵鋰的一致性問題有待解決。國內(nèi)目前對于鋰離子電池的研究，大多數(shù)集中于正極材料。各種正極材料都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，因此都需要通過工藝改進(jìn)提高其性能。目前，通過摻混技術(shù)、碳包覆、納米制程以及一些其它工藝，改善正極材料的循環(huán)壽命、提高電化學(xué)性能成為研究熱點(diǎn)。對企業(yè)而言，掌握合成工藝僅僅是第一步，大批量供貨的情況下，如何保證產(chǎn)品質(zhì)量的批次穩(wěn)定性是更為重要的環(huán)節(jié)。由于磷酸鐵鋰對合成工藝條件的要求更為苛刻，這就對企業(yè)從原料采購、工藝控制、現(xiàn)場管理、產(chǎn)品檢驗(yàn)等各方面都提出更高要求。六氟磷酸鋰質(zhì)量難控制，合成難度高。鋰電池的電解質(zhì)主要是六氟磷酸鋰，其生產(chǎn)的主要原料為無水氫氟酸和五氟化磷，均為氟化工產(chǎn)品。生產(chǎn)過程中，反應(yīng)流程長，工藝條件嚴(yán)苛，產(chǎn)品純度要求高。目前行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求水分小于30ppm，游離酸小于10ppm，要求極為苛刻。因此生產(chǎn)企業(yè)若沒有重化工生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，尤其是氟化工的技術(shù)積累，很難做到穩(wěn)定高效的生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。隔膜生產(chǎn)工藝極難掌握，技術(shù)壁壘很高。生產(chǎn)隔膜的原理并不復(fù)雜，主要難點(diǎn)在于提高隔膜孔隙率、降低隔膜厚度的同時(shí)還要保證隔膜的機(jī)械強(qiáng)度。由于原理簡單，理論研究很少。而生產(chǎn)工藝難度極高，核心技術(shù)掌握在少數(shù)幾家手中，因此應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也很少。（三）正極材料發(fā)展分析1.鉆酸鋰鉆酸鋰是目前最成熟的，唯一商品化的鋰離子電池正極材料，主要應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等便攜式數(shù)碼產(chǎn)品以及電動(dòng)玩具等。優(yōu)點(diǎn)：材料的加工性能很好，密度高，比容量相對較高，材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)性能好，材料的電壓平臺(tái)較高且比較穩(wěn)定缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴、容量幾乎發(fā)揮到了極限、資源緊缺、安全性差。未來方向：在傳統(tǒng)鋰離子電池領(lǐng)域，鐐鉆鋰和鐐鉆錳鋰三元材料是最有希望代替。鉆酸鋰的正極材料。安全性差和過高的成本，限制了其在動(dòng)力電池領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用。傳統(tǒng)電池領(lǐng)域，鉆酸鋰也面臨成本更低的三元材料和錳酸鋰的挑戰(zhàn)。由于鉆酸鋰工藝成熟，基數(shù)較大，因此未來數(shù)年內(nèi)仍將占有正極材料大部分市場份額。根據(jù)IIT報(bào)告的預(yù)測，到2012年，全球?qū)φ龢O材料的需求量約為7.67萬噸，其中鉆酸鋰需求量約3萬噸，占比約40%，仍舊是第一大消費(fèi)品種。09年到2012年，鉆酸鋰復(fù)合增長率9.32%，多元材料復(fù)合增長率37.05%，錳酸鋰復(fù)合增長率79.56%，磷酸鐵鋰復(fù)合增長率114.72%。磷酸鐵鋰和錳酸鋰的增速明顯高于其它產(chǎn)品，主要得益于其在動(dòng)力電池中的應(yīng)用。錳酸鋰和三元材料錳酸鋰是除鉆酸鋰外研究最早的正極材料，適合于電動(dòng)工具、礦燈電池和手機(jī)電池等對容量要求不高的領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：安全性較高，尤其是高溫下的穩(wěn)定性較好。電解錳目前價(jià)格仞.8萬元，具有明顯成本優(yōu)勢。缺點(diǎn)：比容量較低，高溫循環(huán)性能目前還沒有得到較好的解決，未來方向：小型鋰電池市場，日本研發(fā)的高端錳酸鋰材料可用于動(dòng)力電池。鐐鉆錳三元材料同樣也是非常有前途的正極材料，有望在小型鋰電池領(lǐng)域替代鉆酸鋰。優(yōu)點(diǎn)：高容量的正極材料，比容量可以達(dá)到180mAh/g以上，安全性較好，成本低，與電解液的相容性好，循環(huán)性能優(yōu)異，缺點(diǎn)：合成困難、合成條件苛刻、合成材料的穩(wěn)定性差；電壓平臺(tái)相對較低，只有3.55V左右；密度相對較低；充電電壓較高，達(dá)到了4.5V左右。未來方向：主要是小型鋰離子電池市場，也有望進(jìn)入動(dòng)力電池市場。磷酸鐵鋰磷鐵酸鋰材料是最近兩年才快速發(fā)展起來的正極材料，其低廉的價(jià)格，較高的安全性能，較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，優(yōu)越的循環(huán)性能使得其作為動(dòng)力電池和備用電源領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。高安全性和熱穩(wěn)定性是磷酸鐵鋰的突出優(yōu)點(diǎn)。在針刺和擠壓實(shí)驗(yàn)中，磷酸鐵鋰電池不發(fā)熱、不冒煙、不起火。在過充實(shí)驗(yàn)中，將電池過充到4.5V，過放至0V，電池循環(huán)100次，外觀無任何異常，容量保持率達(dá)到84%，表現(xiàn)堪稱優(yōu)異。對于動(dòng)力電池領(lǐng)域，安全性是首要考慮的因素。正是憑借磷酸鐵鋰在安全性方面的優(yōu)勢，基本確立了其現(xiàn)階段汽車動(dòng)力鋰電池的正極材料首選的地位。磷酸鐵鋰的主要缺點(diǎn)是振實(shí)密度低，體積比容量低，電導(dǎo)率低，低溫放電性能差，倍率放電差等問題。其中，振實(shí)密度和體積比容量低對動(dòng)力電池來說，問題并不嚴(yán)重。目前，磷酸鐵鋰已經(jīng)成為我國動(dòng)力鋰電池行業(yè)的主流選擇，比亞迪的電動(dòng)汽車正是采用這種材料。全球供給高度集中。由于磷酸鐵鋰能量密度較低，需要采用碳包覆等技術(shù)對其進(jìn)行改性，提高了磷酸鐵鋰的生產(chǎn)難度和成本。目前，國際上磷酸鐵鋰的生產(chǎn)商主要有美國的A123、Valence和加拿大的phostech公司。據(jù)估計(jì)，A123和威能公司產(chǎn)能合計(jì)約1000噸，phostech公司產(chǎn)能約750噸。由于A123和威能的磷酸鐵鋰全部自用，不對外銷售原料，因此國內(nèi)磷酸鐵鋰的供應(yīng)主要靠phostech、天津斯特蘭公司和北大先行等極少數(shù)幾家。phostech、天津斯特蘭產(chǎn)能均為500噸，北大先行宣稱產(chǎn)能2000噸，實(shí)際產(chǎn)量大大低于產(chǎn)能。國內(nèi)市場群雄并起，行業(yè)格局有待規(guī)范。合成難度大，產(chǎn)品供不應(yīng)求，導(dǎo)致全球磷酸鐵鋰價(jià)格居高不下。磷酸鐵鋰目前國內(nèi)廠家的產(chǎn)品一般在15-18萬/噸，美國A123系統(tǒng)公司和Valence公司報(bào)價(jià)在20-30萬/噸。目前，由于磷酸鐵鋰尚處于市場導(dǎo)入期，前期研發(fā)和市場開拓費(fèi)用較高，行業(yè)內(nèi)公司，無論是國際巨頭如A123和valence還是國內(nèi)企業(yè)如天津斯特蘭和北大先行，普遍虧損。磷酸鐵鋰未來廣闊的前景，吸引眾多資本熱情投入。據(jù)粗略統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)目前從事磷酸鐵鋰合成的公司多達(dá)100家左右。由于正極材料規(guī)模效應(yīng)顯著，未來行業(yè)必將進(jìn)行整合，僅有少數(shù)技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量領(lǐng)先的公司能夠笑到最后。（四）電解液發(fā)展分析電解液主要原材料為六氟磷酸鋰，占電解液成本的50%左右，其生產(chǎn)成本為10萬元/噸，售價(jià)為40萬元/噸，毛利率高達(dá)75%。六氟磷酸鋰合成難度較高，整個(gè)生產(chǎn)過程涉及高溫、低溫、真空、高壓、腐蝕性強(qiáng)、易燃易爆和劇毒化學(xué)品，對設(shè)備和人員要求高、工藝難度極大。森田化工在張家港的建設(shè)年產(chǎn)300噸六氟磷酸鋰的工廠，照搬日本工廠的成熟設(shè)備和工藝，仍然歷時(shí)3年才穩(wěn)定達(dá)產(chǎn)，可見工藝難度之高。難點(diǎn)在于雜質(zhì)控制。電解液對六氟磷酸鋰的純度要求極高，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求水分小于30ppm,游離酸小于10ppm。由于六氟磷酸鋰本身具有吸潮性，因此高純原料的獲取和生產(chǎn)過程中雜質(zhì)控制和產(chǎn)品提純都是關(guān)鍵因素。較高的技術(shù)門檻，導(dǎo)致極高的市場集中度，市場主要被關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、STELLA、森田化學(xué)等幾家日本企業(yè)壟斷。國內(nèi)目前僅有天津金牛能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)量約80噸，產(chǎn)品全部自用不對外銷售。江蘇國泰和多氟多正在進(jìn)行中試生產(chǎn)。發(fā)展趨勢：長期看，新電解質(zhì)體系的開發(fā)將是大勢所趨。六氟磷酸鋰材料的熱穩(wěn)定性較差，從60。。開始就有少量分解，在較高溫度或惡劣的環(huán)境下，分解的比例大大增加，產(chǎn)生氫氟酸等游離酸，會(huì)使電解液酸化，最終導(dǎo)致電極材料的損壞以及電池性能的急劇惡化。同時(shí)六氟磷酸鋰易潮解，而水分是電解液的大敵。近些年，草酸硼酸鋰鹽在電解液中的應(yīng)用逐漸引起關(guān)注。用草酸硼酸鋰鹽配制成的電解液有抗過充、阻燃等功能，形成的SEI膜非常穩(wěn)定，滿足動(dòng)力電池高安全性的要求。更長遠(yuǎn)看，聚合物鋰電池可能成為鋰電池未來的發(fā)展方向。由于用固體電解質(zhì)代替了液體電解質(zhì)，與液態(tài)鋰離子電池相比，聚合物鋰離子電池具有可薄形化、任意面積化與任意形狀化等優(yōu)點(diǎn)，也不會(huì)產(chǎn)生漏液與燃燒爆炸等安全上的問題，因此外殼材質(zhì)可以更輕，從而可以提高整個(gè)電池的比容量。此外，聚合物鋰離子電池在工作電壓、充放電循環(huán)壽命等方面都比普通鋰離子電池有所提高。（五）隔膜發(fā)展分析隔膜生產(chǎn)難度最高，盈利最豐厚。在鋰電池中主要作用是防止正負(fù)極短路，同時(shí)在充放電過程中提供離子運(yùn)輸?shù)碾娡ǖ?。由于鋰離子電池具有工作電壓高，隔膜材料與高電化學(xué)活性的正負(fù)極材料應(yīng)具備優(yōu)良的相容性，同時(shí)還應(yīng)具備優(yōu)良的穩(wěn)定性、耐溶劑性、離子導(dǎo)電性、電子絕緣性、較好的機(jī)械強(qiáng)度、較高的耐熱性及熔斷隔離性。滿足鋰電池的特殊需求的同時(shí)，還要滿足制膜工藝的可行性，涉及多學(xué)科領(lǐng)域，因此隔膜研發(fā)進(jìn)展緩慢。目前一般采用聚丙烯、聚乙烯單層微孔膜，以及由兩者復(fù)合制成多層微孔膜作為隔膜。以聚丙烯為例，原料成本僅8千元/噸，而加工制成隔膜后，價(jià)格可達(dá)300萬元/噸，升值數(shù)百倍。鋰電池隔膜供給高度集中，嚴(yán)重依賴進(jìn)口。隔膜的主要技術(shù)掌握在少數(shù)企業(yè)手中，集中度很高。國外的隔膜生產(chǎn)主要集中在美國的celgard公司和日本的旭化成、東燃和宇部。由于技術(shù)壁壘較高，投資風(fēng)險(xiǎn)大，國內(nèi)企業(yè)的投資熱情并不高。國內(nèi)能夠生產(chǎn)鋰電池隔膜的，僅有佛山金輝高科（佛塑股份的子公司）、新鄉(xiāng)格瑞恩、桂林新時(shí)代和深圳星源材質(zhì)4家公司，產(chǎn)品質(zhì)量與國外同類相比，仍存在較大差距。其中，佛山金輝的產(chǎn)品質(zhì)量相對較好，供應(yīng)中低端市場。國內(nèi)中高端市場，主要由東燃、旭化成和celgard公司壟斷。根據(jù)國內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)量估算，國內(nèi)隔膜的年需求量約2億平米左右。國內(nèi)龍頭佛山金輝的產(chǎn)量僅1200萬平米，即使考慮其它幾家公司有限的產(chǎn)量，供給也遠(yuǎn)低于需求。佛山金輝的產(chǎn)品雖然主要用于中低端市場，毛利率仍然高達(dá)60%以上。未來發(fā)展方向：更薄、更安全。鋰離子電池隔膜的發(fā)展，是隨著電池需求的不斷變化而不斷發(fā)展的。從需求看，鋰電池正朝著更安全和更輕薄兩個(gè)方向發(fā)展。數(shù)碼產(chǎn)品電池方面，為迎合美觀和便攜的需求，未來的鋰電池將朝著小型化方向發(fā)展。為追求單位體積下的高能量，鋰電池隔膜當(dāng)然需要越薄越好。與此同時(shí)，要保證隔膜的機(jī)械強(qiáng)度和吸液性能。動(dòng)力電池領(lǐng)域，大功率惡劣工況的使用條件下，鋰電池安全性尤為重要。因