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锂电池材料要瞄准高端

  • 来源:升欣网
  • 2020-08-27 12:05:00

  它们需要哪些化工新材料之锂电池篇

  近几年新能源汽车的快速发展极大地带动了我国锂电池材料产业的发展。2017年,我国锂电池的市场规模已经达到了1130亿元左右,其中动力锂电池规模大约600亿元。目前我国电池生产企业已超过200家,是全球拥有锂电池生产企业最多的国家。预计到2020年,我国在全球电池市场所占的份额将达七成以上。

  在电池材料生产这一环节中,无论是上游的矿产资源,还是各种电池材料,我国均有优势,且部分产品已经处于世界领先地位。相较于日本、韩国等国家,我国的低端锂电池产品更有优势,但在部分高端产品,尤其是事关电池安全性的核心材料和制造工艺上,仍有较大差距。

  上游原料资源匮乏

  电池级单水氢氧化锂和电池级碳酸锂可以作为生产锂电池正极材料和电解质盐六氟磷酸锂的锂源,四氧化三钴用以生产正极材料,电池级氟化锂主要用于生产电池级六氟磷酸锂。六氟磷酸锂是生产电解液的主要原材料,其占电解液成本的50%左右,目前全球范围内只有我国和日本实现了六氟磷酸锂的产业化。由于生产技术难度非常高,在国际上主要由关东电化学工业、SUTERAKEMIFA、森田化学等几家日本企业垄断,国内只有多氟多等少数企业能生产。

  中国电动汽车百人会秘书长兼首席专家张永伟强调 ,要高度重视上游资源问题。目前电池中锂和钴材料占比较高,我国锂资源相对丰富,但钴资源贫瘠,在全球钴储量中我国仅占1%左右。随着电动车产销量的增长,上游资源瓶颈会越来越突出,需尽早规划布局。此外,我国上游资源开发技术瓶颈也导致了资源自产率偏低,这也是影响上游材料价格的重要因素。

  电极材料不断涌现

  目前国际主流电池类型基本为磷酸铁锂和三元锂电池,其中我国2017年两种电池装机占比合计达到93.3%.当前这两种电池能量密度提升和成本下降还有一定空间,在产业中还有一段发展期。

  目前,锂电池中正极材料、负极材料、电解液、隔膜这4个部分总共占到锂电池成本的85%.常用的锂电池正极材料如钴酸锂、锰酸锂、镍钴锰酸锂三元材料和磷酸铁锂等均已实现国产化。最常见的负极材料为碳基负极材料,如人工石墨、天然石墨等,目前国内企业已经实现批量生产。电解液也已基本实现国产化,在高、中、低端市场,都可满足我国锂电池生产的需要,还有部分出口。

  然而,能量密度已经接近其物理极限是锂电池发展的瓶颈,需要新的材料或者技术去实现锂电池能量密度的突破。提高能量密度的一种方法是开发充放电平台更高的新型正极材料,如富锂锰基、镍钴酸锂等。其中,富锂锰基的理论能量密度可达到900Wh/kg,成为研发热点,但该材料在循环过程析氧,会产生安全隐患,循环寿命和倍率性能也偏低,仍需继续研发。

  另一种方法是提高传统正极材料的充电截止电压。正极材料的电压提升后,需要与之配套的高电压电解液,添加剂可对电解液的高电压性能起到关键性作用,已成为近年来的研发重点。

  在负级材料方面,钛酸锂的研发热情较高,这缘于钛酸锂循环寿命长,可达10000次以上,且可快速充电,比较适合用于对空间没有要求的储能领域。硅碳复合材料、石墨烯、碳纳米管等负极材料也都有企业在研发。

  隔膜技术含金量最高

  隔膜是锂电池材料中技术含量最高的高附加值材料,隔膜的性能优劣,直接影响电池的容量、寿命及安全性能。国内只有少数几家公司能够批量生产,且仅能用于中低端市场。国外企业如日本旭化成、韩国SK公司等国际巨头基本垄断了全球市场。

  “隔膜主要材质为多孔质的高分子膜(聚乙烯或聚丙烯)。锂电池用的隔膜对安全性、渗透性、孔隙度及厚度都有严苛要求,其技术难点在于造孔的工程技术、基体材料以及制造设备,目前隔膜的价格差不多占到了电池总成本一成以上。”南开大学新能源材料化学研究所所长周震介绍说。目前,世界上最好的锂电池隔膜材料出自旭化成和东燃化学两家日本公司,而国内锂电池铝塑膜市场的九成份额也被昭和电工等日本厂商垄断。

  电池行业协会估算,我国未来每年高品质车用动力电池隔膜材料需求量将达到数亿平方米。然而高端隔膜技术具有相当高的门槛,不仅要投入巨额资金,还需要有强大的研发和生产团队、熟练的工艺技术和高水平的生产线。

  周震认为,国内隔膜企业要想有更大作为,必须要在基础材料表面处理工艺、胶黏剂配方工艺、产品冲压拉伸等涉及材料、设备和工艺控制等三大领域发力。此外,在隔膜产业链上游,包括国产涂布机等在内核心生产装备也需要迎头赶上,尽快取得更大突破。


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