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鋰離子電池行業之正極材料

來源:上海米開羅那機電技術有限公司   2014年04月22日 15:42  

2011年鋰電池正極材料產銷量約為63000噸,較2009年增長54%,年復合增長率達到25%。從正極材料的*看,鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料基本形成三足鼎立的局面,*分別為43%11%38%,磷酸鐵鋰由于糾紛的解決,以及市場應用前景的明朗,發展很迅速,現已*份額中8%,未來錳酸鋰,三元材料以及磷酸鐵鋰的*將逐漸增加,而鈷酸鋰的市場將逐漸被這三種材料所取代。而從三種材料的應用領域來看,在動力電池領域,錳酸鋰和磷酸鐵鋰是zui有前途的正極材料;在通訊電池領域,三元素復合材料zui有可能成為替代鈷酸鋰的正極材料。
    作為鋰電池行業發展的戰略必需品,正極材料生產所需的金屬礦顯的尤為重要,特別是近年對于鋰礦資源的市場競爭尤為激烈,只要上市公司的業務涉及到鋰礦資源,則該公司的關注度會受到提高,由此可知鋰金屬戰略資源是如何的炙手可熱,上*的主要生產商有智利的SQM、美國的FMC 和德國Chemtall,這三家公司包攬了80%*。天齊鋰業作為中國zui大、第四的鋰產品生產商,zui大的礦石提鋰企業,則占領了國內相當大的*。

    1、正極材料-鋰電池zui亟待攻克的關鍵
    從目前來看,一直阻礙當前鋰電池產業化應用發展的問題所在就是眼下鋰電池上游相關生產企業要解決的戰略核心問題-正極材料,其在鋰離子電池生產制造成本中的比重zui高,接近成本一半。電動汽車要求電池比能量高,如果電池的性能達不到要求,就會使當前的燃油汽車向電動車邁進的革新之路止步不前。
    1.1 目前廣泛產業化應用的四大正極材料
    正極材料的分類及其運用
    主要產品   產品用途及特點
    鈷酸鋰     目前應用zui廣泛的鋰電池正極材料,具有開路電壓高、比能量大、循環壽命長等特點;生產的
               鋰電池主要用于通訊數碼類電池領域。鈷價格昂貴,鈷酸鋰的毒性較大。目前技術上,容量已
               幾乎發揮到極限。受資源等制約,有被替代之勢。
    鎳鈷錳酸   電化學容量高、循環性能好、成本低、具有三元協同效應;主要用于通訊數碼類成本相對較低
    (三元)   的鋰離子電池領域。目前生產工藝相對成熟。
    錳酸鋰     研究已相對成熟,成本低,無污染,制備容易,安全性能好,理論容量低、循環性能較差,受
               電池體積小型化趨勢的制約,主要用于動力電池、低成本電池領域。
    磷酸鐵鋰   潛力的鋰電池正極材料之一,理論容量相對較高,價格低、熱穩定性好、無污染,優良的
               充放電循環性能。目前只有少數廠家掌握制備技術;主要用于動力電池領域。由于導電性能較
               差,需參雜其他材料,振實密度低,比容量相對較小,在小電池領域,同樣尺寸電池只有現有
               電池容量的一半不到。工藝極特殊,制造難度大。配套電解液研發稍落后。對工藝要求極嚴,
               因動力電池一般由多個電池串并后組成,故對單個電池的一致性要求*。
    1.2 三元材料將趕超鈷酸鋰,磷酸鐵鋰整合本土優勢浴火重生
    跟據數據統計,2011 年鋰電池正極材料產銷量約為63,000噸,較2009 年增長54%,年復合增長率達到25%。從正極材料的*看,鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料基本形成三足鼎立的局面,*分別為43%11%38%,磷酸鐵鋰由于糾紛的解決,以及市場應用前景的明朗,發展很迅速,現已*份額中8%,未來錳酸鋰,三元材料以及磷酸鐵鋰的*將逐漸增加,而鈷酸鋰的市場將逐漸被這三種材料所取代。而從三種材料的應用領域來看,在動力電池領域,錳酸鋰和磷酸鐵鋰是zui有前途的正極材料;在通訊電池領域,三元素復合材料zui有可能成為替代鈷酸鋰的正極材料。
    1.3 金屬鋰礦作為戰略資源備受關注
    作為鋰電池行業發展的戰略必需品,正極材料生產所需的金屬礦顯得尤為重要,特別是近年對于鋰礦資源的市場競爭尤為激烈,上*的主要生產商有智利的SQM、美國的FMC 和德國Chemtall,這三家公司包攬了80%*。國內的天齊鋰業作為第四的鋰產品生產商,zui大的礦石提鋰企業,則占領了國內相當大的*。
    鋰金屬資源世界儲量豐富,儲量折算成金屬鋰有2866 萬噸,我國占11.72%大約為335 萬噸。我國鋰礦床主要分布于四川、湖南、湖北、河南、江西、等省份,其中四川省甲吉卡偉晶巖型鋰輝石礦床是世界上的,氧化鋰含量1.28%,儲量103 萬噸。鹽鋰礦床主要分布在青海和西藏,其中青海臺吉乃爾鹽湖是半干鹽湖,面積780 平方公里,有2 層石鹽,在鹽層中賦存晶間鹵水和孔隙鹵水,氯化鋰儲量466 萬噸。
    正極材料所需金屬礦在我國的儲量
    鎳:我國鎳礦品位低,露采比例很小,可采儲量僅占總儲量的10%,開采和冶煉的技術相對較為落后;選礦一般采用弱酸或弱堿介質浮選工藝,與*技術有差距,開采和冶煉的成本居高不下。2010 年預計中國鎳消費量將達到40 萬噸/年以后,中國將成為世界zui大的鎳消費國。現在中國鎳金屬基礎儲量只有230 萬噸左右,近年來中國鎳礦勘探沒有重大進展,如果就按照這樣消費下去的話,10 年后中國的鎳礦資源將逐漸消耗殆盡。
    鈷:我國鈷金屬資源量約為140 t,絕大多數為伴生資源,單獨的鈷礦床極少,品位較低,均作為礦山副產品回收,金屬回收率低、生產成本高。
    錳:我國錳礦資源較多,在全國21 個省()均有產出;探明儲量的總保有儲量礦石5.66億噸,居*3位。富錳礦較少,在保有儲量中僅占6.4%
    鋰:我國的鋰礦資源豐富,以目前我國的鋰鹽產量計算,僅江西云母鋰礦就可供開采上百年。從鹽湖內提取成本要遠低于從礦山中提取。

    2、鋰離子電池行業國內市場狀況
    2.1 國內外鈷酸鋰應用的市場狀況
    到目前為止,世界上相對成熟的鈷酸鋰正極材料生產企業大多都是日本的企業,特別是的鈷酸鋰材料,這些以日本的NICHA 日亞化學、AGC、清美化學以及韓國優美科(隸屬于比利時)較為出名,而中國尤以杉杉股份、當升科技、中信國安盟固利相對產能較大。當升科技作為中國正極材料的,到2011年,公司現有產能根據行業預測:其鈷酸鋰產能將達到5000噸以上,其正極材料的綜合產能位居國內*。而同樣,杉杉股份在鈷酸鋰方面的產能也將達到這個規模。
    2.2 國內外錳酸鋰應用的市場狀況
    現在上和國內被工業運用生產的錳酸鋰材料都是改性錳酸鋰,其性能在某些方面已經突破了傳統錳酸鋰材料的應用限制,比如上日本的三洋(現在隸屬于松下公司),日本電氣以及韓國的LG 化學等都是錳酸鋰的生產廠家,而國內則以湖南杉杉,中信國安盟固利以及湖南瑞翔等大型企業執鞭該材料的市場,但是錳酸鋰材料不管如何改性,其相較于其他現在正在使用的四大材料而言,循環性能是較差的,所以可以預見,隨著以后采用劣化少、使用壽命長的電池,以及充電一次可長時間使用的高容量電池等市場需求形勢下,錳酸鋰電池這一弱點不可忽視,可以預見將來對高容量電池的開發需求迫在眉睫。
    2.3 三元材料引起國外化工巨鱷興趣
    到目前為止,三元材料在的*主要被日本的NICHA(日亞化學)、清美化學、韓國的優美科所占據,這三家差不多占到了*的80%,中國則以當升科技、北大先行和深圳天驕等企業主導國內市場,占整個行業*的10%。三元材料作為近年來發展起來的正極材料新秀,其應用前景已經引起了國內企業的廣泛關注,如當升科技在2011 年對其正極材料的產能翻倍,其三元材料產能為200 噸每年,杉杉股份正加緊戶田三元系材料生產技術在湖南杉杉的產業化進程,從而有望提高和鞏固其在正極材料行業的地位,還有中國寶安子公司深圳天驕科技開發有限公司現擁有1000 噸的產能,而北大先行的三元材料產能也有300 噸每年,從2011 7 月上海卡耐新能源有限公司生產的高性能的三元材料動力鋰電池(其電池核心技術由日本英耐時株式會社提供)在第七屆北京純電動車、混合動力車展上的亮相可以看出,三元材料在鋰離子動力電池上的應用前景也很廣闊。
    目前三元材料鋰電池能量密度能夠達到 160Wh/kg,已經明顯高于其他材料的電池。另外其低溫特性、功率特性以及高溫儲存性也優于其他材料的電池。隨著技術的不斷提高,三元材料鋰電池的能量密度還會有很大的上升空間。但是現在國內很多企業生產的三元材料其實都是依托日本的三元材料技術,包括杉杉股份和上海卡耐新能源有限公司,國內企業應該更多的開發國內的三元材料產業技術,從而提高本土企業的核心競爭力。
    而現在三元材料技術的基礎研究走在世界前列的則是美國阿貢實驗室的技術,據報道在2012 3 月巴斯夫公司和的NMC 技術生產商阿貢實驗室簽署了技術轉讓協議,這一舉動,將促使的正極材料*產生較大的變動,因為在其后,巴斯夫還從科萊恩公司的子公司瑞士LiFePO4+C 技術轉讓公司收購磷酸鐵鋰(LFP)電池材料技術的生產和銷售權,這將是的化工公司進入現在的鋰電池市場的標志。
    2.4 我國磷酸鐵鋰產業發展狀況
    我國從目前來看是倡導使用磷酸鐵鋰作為動力電池的國家,且磷酸鐵鋰正極材料在我國的產銷量也是zui大的,中國希望通過磷酸鐵鋰這項技術的突破從而使電動在2010-2020 年的十年節能與新能源汽車產業發展規劃中彎道超車,達到水準。中國電池工業協會認為2012 年以后zui有潛力成為鋰離子動力電池的正極材料即為磷酸鐵鋰材料。
    現在大磷酸鐵鋰正極材料生產企業是中國寶安的子公司深圳貝特瑞新能源材料股份有限公司,該公司目前磷酸鐵鋰的國內**,第三。同時該公司也是zui大的負極材料供應商,公司現有的產能達到1500 噸。國內以鐵電池著稱的比亞迪公司的也生產磷酸鐵鋰正極材料,不過該公司生產的正極材料大部分都是用于企業自己使用,基本不外銷。還有天津斯特蘭能源科技有限公司,公司據稱到2012 年磷酸鐵鋰產能將達到2000 噸,并計劃在未來2 年產能翻番達到4000 噸,從而有望成為大的磷酸鐵鋰生產廠家。國內還有幾家大型的生產磷酸鐵鋰的企業,如北大先行,目前磷酸鐵鋰的產能是500 /年。也有一些新晉的磷酸鐵鋰生產廠家,如浙江臺州的美思鋰電科技有限公司就是其中的*,該公司固定資產投資達到8000 萬元,并建立起*家磷酸鐵鋰全自動生產線,并且據稱該公司現在的產能已經達到1000 /年,該公司現在的業務就是將這些材料推向的市場。還有中航鋰電是承擔國家863重大專項大容量磷酸鐵鋰動力電池及動力模塊技術開發的單位,該公司是專業從事鋰離子動力電池、電源管理系統的研發和生產,是國內的生產100AH 以上高倍率、長壽命、大容量鋰離子動力電池制造專業公司,根據報道,中航鋰電zui近將與康迪汽車公司合作一起為杭州提供2 萬輛的純電動汽車租賃項目。
    目前為止,磷酸鐵鋰正極材料已經占據了鋰離子電池正極*的8%,而且近幾年隨著國內幾大正極材料生產企業的產能擴大,磷酸鐵鋰的市場增速加快,相信不久磷酸鐵鋰的*將會越來越大,因為根據前面分析,鈷酸鋰的市場zui終會被其他三種材料所吞噬,在以后的正極材料市場上將會出現磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料三足鼎立的局面,磷酸鐵鋰市場也會伴隨著電動車行業的興起大放異彩。

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