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锂离子电池行业之正极材料

来源:上海米开罗那机电技术有限公司   2014年04月22日 15:42  

2011年锂电池正极材料产销量约为63000吨,较2009年增长54%,年复合增长率达到25%。从正极材料的*看,钴酸锂、锰酸锂、三元材料基本形成三足鼎立的局面,*分别为43%11%38%,磷酸铁锂由于纠纷的解决,以及市场应用前景的明朗,发展很迅速,现已*份额中8%,未来锰酸锂,三元材料以及磷酸铁锂的*将逐渐增加,而钴酸锂的市场将逐渐被这三种材料所取代。而从三种材料的应用领域来看,在动力电池领域,锰酸锂和磷酸铁锂是zui有前途的正极材料;在通讯电池领域,三元素复合材料zui有可能成为替代钴酸锂的正极材料。
    作为锂电池行业发展的战略必需品,正极材料生产所需的金属矿显的尤为重要,特别是近年对于锂矿资源的市场竞争尤为激烈,只要上市公司的业务涉及到锂矿资源,则该公司的关注度会受到提高,由此可知锂金属战略资源是如何的炙手可热,上*的主要生产商有智利的SQM、美国的FMC 和德国Chemtall,这三家公司包揽了80%*。天齐锂业作为中国zui大、第四的锂产品生产商,zui大的矿石提锂企业,则占领了国内相当大的*。

    1、正极材料-锂电池zui亟待攻克的关键
    从目前来看,一直阻碍当前锂电池产业化应用发展的问题所在就是眼下锂电池上游相关生产企业要解决的战略核心问题-正极材料,其在锂离子电池生产制造成本中的比重zui高,接近成本一半。电动汽车要求电池比能量高,如果电池的性能达不到要求,就会使当前的燃油汽车向电动车迈进的革新之路止步不前。
    1.1 目前广泛产业化应用的四大正极材料
    正极材料的分类及其运用
    主要产品   产品用途及特点
    钴酸锂     目前应用zui广泛的锂电池正极材料,具有开路电压高、比能量大、循环寿命长等特点;生产的
               锂电池主要用于通讯数码类电池领域。钴价格昂贵,钴酸锂的毒性较大。目前技术上,容量已
               几乎发挥到极限。受资源等制约,有被替代之势。
    镍钴锰酸   电化学容量高、循环性能好、成本低、具有三元协同效应;主要用于通讯数码类成本相对较低
    (三元)   的锂离子电池领域。目前生产工艺相对成熟。
    锰酸锂     研究已相对成熟,成本低,无污染,制备容易,安全性能好,理论容量低、循环性能较差,受
               电池体积小型化趋势的制约,主要用于动力电池、低成本电池领域。
    磷酸铁锂   潜力的锂电池正极材料之一,理论容量相对较高,价格低、热稳定性好、无污染,优良的
               充放电循环性能。目前只有少数厂家掌握制备技术;主要用于动力电池领域。由于导电性能较
               差,需参杂其他材料,振实密度低,比容量相对较小,在小电池领域,同样尺寸电池只有现有
               电池容量的一半不到。工艺极特殊,制造难度大。配套电解液研发稍落后。对工艺要求极严,
               因动力电池一般由多个电池串并后组成,故对单个电池的一致性要求*。
    1.2 三元材料将赶超钴酸锂,磷酸铁锂整合本土优势浴火重生
    跟据数据统计,2011 年锂电池正极材料产销量约为63,000吨,较2009 年增长54%,年复合增长率达到25%。从正极材料的*看,钴酸锂、锰酸锂、三元材料基本形成三足鼎立的局面,*分别为43%11%38%,磷酸铁锂由于纠纷的解决,以及市场应用前景的明朗,发展很迅速,现已*份额中8%,未来锰酸锂,三元材料以及磷酸铁锂的*将逐渐增加,而钴酸锂的市场将逐渐被这三种材料所取代。而从三种材料的应用领域来看,在动力电池领域,锰酸锂和磷酸铁锂是zui有前途的正极材料;在通讯电池领域,三元素复合材料zui有可能成为替代钴酸锂的正极材料。
    1.3 金属锂矿作为战略资源备受关注
    作为锂电池行业发展的战略必需品,正极材料生产所需的金属矿显得尤为重要,特别是近年对于锂矿资源的市场竞争尤为激烈,上*的主要生产商有智利的SQM、美国的FMC 和德国Chemtall,这三家公司包揽了80%*。国内的天齐锂业作为第四的锂产品生产商,zui大的矿石提锂企业,则占领了国内相当大的*。
    锂金属资源世界储量丰富,储量折算成金属锂有2866 万吨,我国占11.72%大约为335 万吨。我国锂矿床主要分布于四川、湖南、湖北、河南、江西、等省份,其中四川省甲吉卡伟晶岩型锂辉石矿床是世界上的,氧化锂含量1.28%,储量103 万吨。盐锂矿床主要分布在青海和西藏,其中青海台吉乃尔盐湖是半干盐湖,面积780 平方公里,有2 层石盐,在盐层中赋存晶间卤水和孔隙卤水,氯化锂储量466 万吨。
    正极材料所需金属矿在我国的储量
    镍:我国镍矿品位低,露采比例很小,可采储量仅占总储量的10%,开采和冶炼的技术相对较为落后;选矿一般采用弱酸或弱碱介质浮选工艺,与*技术有差距,开采和冶炼的成本居高不下。2010 年预计中国镍消费量将达到40 万吨/年以后,中国将成为世界zui大的镍消费国。现在中国镍金属基础储量只有230 万吨左右,近年来中国镍矿勘探没有重大进展,如果就按照这样消费下去的话,10 年后中国的镍矿资源将逐渐消耗殆尽。
    钴:我国钴金属资源量约为140 t,绝大多数为伴生资源,单独的钴矿床极少,品位较低,均作为矿山副产品回收,金属回收率低、生产成本高。
    锰:我国锰矿资源较多,在全国21 个省()均有产出;探明储量的总保有储量矿石5.66亿吨,居*3位。富锰矿较少,在保有储量中仅占6.4%
    锂:我国的锂矿资源丰富,以目前我国的锂盐产量计算,仅江西云母锂矿就可供开采上百年。从盐湖内提取成本要远低于从矿山中提取。

    2、锂离子电池行业国内市场状况
    2.1 国内外钴酸锂应用的市场状况
    到目前为止,世界上相对成熟的钴酸锂正极材料生产企业大多都是日本的企业,特别是的钴酸锂材料,这些以日本的NICHA 日亚化学、AGC、清美化学以及韩国优美科(隶属于比利时)较为出名,而中国尤以杉杉股份、当升科技、中信国安盟固利相对产能较大。当升科技作为中国正极材料的,到2011年,公司现有产能根据行业预测:其钴酸锂产能将达到5000吨以上,其正极材料的综合产能位居国内*。而同样,杉杉股份在钴酸锂方面的产能也将达到这个规模。
    2.2 国内外锰酸锂应用的市场状况
    现在上和国内被工业运用生产的锰酸锂材料都是改性锰酸锂,其性能在某些方面已经突破了传统锰酸锂材料的应用限制,比如上日本的三洋(现在隶属于松下公司),日本电气以及韩国的LG 化学等都是锰酸锂的生产厂家,而国内则以湖南杉杉,中信国安盟固利以及湖南瑞翔等大型企业执鞭该材料的市场,但是锰酸锂材料不管如何改性,其相较于其他现在正在使用的四大材料而言,循环性能是较差的,所以可以预见,随着以后采用劣化少、使用寿命长的电池,以及充电一次可长时间使用的高容量电池等市场需求形势下,锰酸锂电池这一弱点不可忽视,可以预见将来对高容量电池的开发需求迫在眉睫。
    2.3 三元材料引起国外化工巨鳄兴趣
    到目前为止,三元材料在的*主要被日本的NICHA(日亚化学)、清美化学、韩国的优美科所占据,这三家差不多占到了*的80%,中国则以当升科技、北大先行和深圳天骄等企业主导国内市场,占整个行业*的10%。三元材料作为近年来发展起来的正极材料新秀,其应用前景已经引起了国内企业的广泛关注,如当升科技在2011 年对其正极材料的产能翻倍,其三元材料产能为200 吨每年,杉杉股份正加紧户田三元系材料生产技术在湖南杉杉的产业化进程,从而有望提高和巩固其在正极材料行业的地位,还有中国宝安子公司深圳天骄科技开发有限公司现拥有1000 吨的产能,而北大先行的三元材料产能也有300 吨每年,从2011 7 月上海卡耐新能源有限公司生产的高性能的三元材料动力锂电池(其电池核心技术由日本英耐时株式会社提供)在第七届北京纯电动车、混合动力车展上的亮相可以看出,三元材料在锂离子动力电池上的应用前景也很广阔。
    目前三元材料锂电池能量密度能够达到 160Wh/kg,已经明显高于其他材料的电池。另外其低温特性、功率特性以及高温储存性也优于其他材料的电池。随着技术的不断提高,三元材料锂电池的能量密度还会有很大的上升空间。但是现在国内很多企业生产的三元材料其实都是依托日本的三元材料技术,包括杉杉股份和上海卡耐新能源有限公司,国内企业应该更多的开发国内的三元材料产业技术,从而提高本土企业的核心竞争力。
    而现在三元材料技术的基础研究走在世界前列的则是美国阿贡实验室的技术,据报道在2012 3 月巴斯夫公司和的NMC 技术生产商阿贡实验室签署了技术转让协议,这一举动,将促使的正极材料*产生较大的变动,因为在其后,巴斯夫还从科莱恩公司的子公司瑞士LiFePO4+C 技术转让公司收购磷酸铁锂(LFP)电池材料技术的生产和销售权,这将是的化工公司进入现在的锂电池市场的标志。
    2.4 我国磷酸铁锂产业发展状况
    我国从目前来看是倡导使用磷酸铁锂作为动力电池的国家,且磷酸铁锂正极材料在我国的产销量也是zui大的,中国希望通过磷酸铁锂这项技术的突破从而使电动在2010-2020 年的十年节能与新能源汽车产业发展规划中弯道超车,达到水准。中国电池工业协会认为2012 年以后zui有潜力成为锂离子动力电池的正极材料即为磷酸铁锂材料。
    现在大磷酸铁锂正极材料生产企业是中国宝安的子公司深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司,该公司目前磷酸铁锂的国内**,第三。同时该公司也是zui大的负极材料供应商,公司现有的产能达到1500 吨。国内以铁电池著称的比亚迪公司的也生产磷酸铁锂正极材料,不过该公司生产的正极材料大部分都是用于企业自己使用,基本不外销。还有天津斯特兰能源科技有限公司,公司据称到2012 年磷酸铁锂产能将达到2000 吨,并计划在未来2 年产能翻番达到4000 吨,从而有望成为大的磷酸铁锂生产厂家。国内还有几家大型的生产磷酸铁锂的企业,如北大先行,目前磷酸铁锂的产能是500 /年。也有一些新晋的磷酸铁锂生产厂家,如浙江台州的美思锂电科技有限公司就是其中的*,该公司固定资产投资达到8000 万元,并建立起*家磷酸铁锂全自动生产线,并且据称该公司现在的产能已经达到1000 /年,该公司现在的业务就是将这些材料推向的市场。还有中航锂电是承担国家863重大专项大容量磷酸铁锂动力电池及动力模块技术开发的单位,该公司是专业从事锂离子动力电池、电源管理系统的研发和生产,是国内的生产100AH 以上高倍率、长寿命、大容量锂离子动力电池制造专业公司,根据报道,中航锂电zui近将与康迪汽车公司合作一起为杭州提供2 万辆的纯电动汽车租赁项目。
    目前为止,磷酸铁锂正极材料已经占据了锂离子电池正极*的8%,而且近几年随着国内几大正极材料生产企业的产能扩大,磷酸铁锂的市场增速加快,相信不久磷酸铁锂的*将会越来越大,因为根据前面分析,钴酸锂的市场zui终会被其他三种材料所吞噬,在以后的正极材料市场上将会出现磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料三足鼎立的局面,磷酸铁锂市场也会伴随着电动车行业的兴起大放异彩。

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