鉅大LARGE | 點擊量:1148次 | 2020年03月02日
鋰離子電池材料要走向高端,不能停留在原有基礎(chǔ)
在電池材料生產(chǎn)這一環(huán)節(jié)中,無論是上游的礦產(chǎn)資源,還是各種電池材料,我國均有優(yōu)勢,且部分產(chǎn)品已經(jīng)處于世界領(lǐng)先地位。相較于日本、韓國等國家,我國的低端鋰離子電池產(chǎn)品更有優(yōu)勢,但在部分高端產(chǎn)品,尤其是事關(guān)電池安全性的核心材料和制造工藝上,仍有較大差距。
上游原料資源匱乏
電池級單水氫氧化鋰和電池級碳酸鋰可以作為生產(chǎn)鋰離子電池正極材料和電解質(zhì)鹽六氟磷酸鋰的鋰源,四氧化三鈷用以生產(chǎn)正極材料,電池級氟化鋰重要用于生產(chǎn)電池級六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰是生產(chǎn)電解液的重要原材料,其占電解液成本的50%左右,目前全球范圍內(nèi)只有我國和日本實現(xiàn)了六氟磷酸鋰的產(chǎn)業(yè)化。由于生產(chǎn)技術(shù)難度非常高,在國際上重要由關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學(xué)等幾家日本公司壟斷,國內(nèi)只有多氟多等少數(shù)公司能生產(chǎn)。
我國電動汽車百人會秘書長兼首席專家張永偉強調(diào),要高度重視上游資源問題。目前電池中鋰和鈷材料占比較高,我國鋰資源相對豐富,但鈷資源貧瘠,在全球鈷儲量中我國僅占1%左右。隨著電動汽車產(chǎn)銷量的上升,上游資源瓶頸會越來越突出,需盡早規(guī)劃布局。此外,我國上游資源開發(fā)技術(shù)瓶頸也導(dǎo)致了資源自產(chǎn)率偏低,這也是影響上游材料價格的重要因素。
電極材料不斷涌現(xiàn)
目前,鋰離子電池中正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜這4個部分總共占到鋰離子電池成本的85%。常用的鋰離子電池正極材料如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰三元材料和磷酸鐵鋰等均已實現(xiàn)國產(chǎn)化。最常見的負(fù)極材料為碳基負(fù)極材料,如人工石墨、天然石墨等,目前國內(nèi)公司已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)。電解液也已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化,在高、中、低端市場,都可滿足我國鋰離子電池生產(chǎn)的要,還有部分出口。
然而,能量密度已經(jīng)接近其物理極限是鋰離子電池發(fā)展的瓶頸,要新的材料或者技術(shù)去實現(xiàn)鋰離子電池能量密度的突破。提高能量密度的一種方法是開發(fā)充放電平臺更高的新型正極材料,如富鋰錳基、鎳鈷酸鋰等。其中,富鋰錳基的理論能量密度可達(dá)到900Wh/kg,成為研發(fā)熱點,但該材料在循環(huán)過程析氧,會產(chǎn)生安全隱患,循環(huán)壽命和倍率性能也偏低,仍需繼續(xù)研發(fā)。
在負(fù)級材料方面,鈦酸鋰的研發(fā)熱情較高,這緣于鈦酸鋰循環(huán)壽命長,可達(dá)10000次以上,且可快速充電,比較適合用于對空間沒有要求的儲能領(lǐng)域。硅碳復(fù)合材料、石墨烯、碳納米管等負(fù)極材料也都有公司在研發(fā)。
隔膜技術(shù)含金量最高
隔膜是鋰離子電池材料中技術(shù)含量最高的高附加值材料,隔膜的性能優(yōu)劣,直接影響電池的容量、壽命及安全性能。國內(nèi)只有少數(shù)幾家公司能夠批量生產(chǎn),且僅能用于中低端市場。國外公司如日本旭化成、韓國SK公司等國際巨頭基本壟斷了全球市場。
隔膜重要材質(zhì)為多孔質(zhì)的高分子膜(聚乙烯或聚丙烯)。鋰離子電池用的隔膜對安全性、滲透性、孔隙度及厚度都有嚴(yán)苛要求,其技術(shù)難點在于造孔的工程技術(shù)、基體材料以及制造設(shè)備,目前隔膜的價格差不多占到了電池總成本一成以上。南開大學(xué)新能源材料化學(xué)研究所所長周震介紹說。目前,世界上最好的鋰離子電池隔膜材料出自旭化成和東燃化學(xué)兩家日本公司,而國內(nèi)鋰離子電池鋁塑膜市場的九成份額也被昭和電工等日本廠商壟斷。
電池行業(yè)協(xié)會估算,我國未來每年高品質(zhì)車用動力鋰電池隔膜材料需求量將達(dá)到數(shù)億平方米。然而高端隔膜技術(shù)具有相當(dāng)高的門檻,不僅要投入巨額資金,還要有強大的研發(fā)和生產(chǎn)團隊、熟練的工藝技術(shù)和高水平的生產(chǎn)線。