鉅大LARGE | 點擊量：10344次 | 2022年08月24日
詳解鋰電池負極材料
一、負極材料類型
鋰電池的負極是由負極活性物質(zhì)碳材料或非碳材料、粘合劑和添加劑混合制成糊狀膠合劑均勻涂抹在銅箔兩側(cè)，經(jīng)干燥、滾壓而成。負極材料是鋰電池儲存鋰的主體，使鋰離子在充放電過程中嵌入和脫出。鋰電池充電時，正極中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向負極運動和電子合成鋰原子。放電時，鋰原子從石墨晶體內(nèi)負極表面電離成鋰離子和電子，并在正極處合成鋰原子。
負極材料重要影響鋰電池的首次效率、循環(huán)性能等，負極材料的性能也直接影響鋰電池的性能，負極材料占鋰電池總成本5~15%左右。負極材料種類上，包括碳系負極、非碳性負極。從技術(shù)角度來看，未來鋰電池負極材料將會呈現(xiàn)出多樣性的特點。隨著技術(shù)的進步，目前的鋰電池負極材料已經(jīng)從單一的人造石墨發(fā)展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負極材料共存的局面。
二、負極材料的技術(shù)類型
負極材料重要分為以下三類：碳材料(石墨類)、金屬氧化物材料以及合金材料，具體的各子類情況如下圖所示。好的負極材料應(yīng)該滿足如下要求：比能量高、相對鋰電極的電極電勢低；充放電反應(yīng)可逆性好；和電解液和粘結(jié)劑的兼容性好；比表面積小(<10m2/g)；振實密度高(>2.0g/cm3)；嵌鋰過程中尺寸和機械穩(wěn)定性好；資源豐富、價格低廉；在空氣中穩(wěn)定、無毒副用途等。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
當前重要使用的負極材料是天然石墨和人造石墨，其中天然石墨重要使用在3C領(lǐng)域，而人造石墨重要使用在動力領(lǐng)域。傳統(tǒng)石墨材料的能量密度上限在372mAh/g，較當前正極材料的能量密度還有相當?shù)脑Ａ?。受未來能量密度以?a href="/keywords/dlldc/" class = "seo-anchor" data-anchorid=126 target="_blank">動力鋰電池高倍率放電的要求，盡管價格昂貴或技術(shù)尚不成熟，中間相碳微球(MCMB)、鈦酸鋰以及硅基負荷材料等高端負極材料逐漸進入到了對性能要求較全面且較高的電池負極材料應(yīng)用中去。具體這幾種高端負極和天然石墨及人造石墨材料的特性以及優(yōu)缺點比較如下表所示。
三、市場狀況
(一)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
現(xiàn)階段，石墨材料是負極材料的主流，未來石墨烯、鈦酸鋰、硅碳復合材料未來其良好發(fā)展前景。2015年全球鋰電池負極材料消費結(jié)極來看，天然石墨、人造石墨、中間相炭碳微球及鈦酸鋰、軟碳和硬碳、非碳材料占比分別為55.0%、35.0%、7.4%、1.7%、0.8%，我國鋰電池負極材料消費結(jié)極來看，天然石墨、人造石墨、中間相碳微球和鈦酸鋰占比分別為36%、53%、11%。
(二)負極材料年產(chǎn)量
高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)調(diào)研顯示，2016年我國負極材料產(chǎn)量12.25萬噸，同比上升68.27%。當前的增速重要由于：1)國內(nèi)動力鋰電池產(chǎn)量同比上升超過200%，帶動負極材料的需求；2)我國數(shù)碼市場增速雖放緩，但仍小幅上升；3)以貝特瑞為代表的公司保持一定比例的出口，雖整體出口占比下降，但總量新增。
四、發(fā)展趨勢
(一)總體呈現(xiàn)高端化趨勢
受動力鋰電池帶動，2016年國內(nèi)負極材料的需求上升最快的是人造石墨，因為天然石墨重要運用數(shù)碼產(chǎn)品及筆記本電腦上，人造石墨重要用在動力領(lǐng)域，再而人造石墨的均價高于天然石墨。此外，由于動力鋰電有關(guān)高倍率放電下的穩(wěn)定性要求很高，負極材料家族中又涌現(xiàn)出中間相碳微球(MCMB)、鈦酸鋰以及錫基硅基等材料，這些材料的造價遠高于天然石墨和人造石墨。因此隨著動力鋰電未來的放量，鋰電負極材料未來將呈現(xiàn)出一個高端化的趨勢。鋰電池負極將向著高能量密度、高倍率性能、高循環(huán)性能等方向發(fā)展，傳統(tǒng)的天然石墨或是人造石墨將無法滿足，這一切和針對各類材料的改性研究分不開。
有關(guān)石墨類負極，重要致力于解決石墨材料表面包覆蓋性，新增和電解液的相容性，減少不可逆容量、新增倍率性能等；有關(guān)氧化物負極鈦酸鋰，重要研究如何對其進行摻雜，提高電子、離子的傳導性；有關(guān)硅基錫基氧化物負極，循環(huán)的穩(wěn)定性一直是材料改性研究的重點。
(二)高能量密度趨勢
作為鋰電池四大關(guān)鍵材料之一，負極材料決定了鋰電池的性能，如充放電效率、循環(huán)壽命等等。常規(guī)石墨負極材料的倍率性能已經(jīng)難以滿足鋰電池下游產(chǎn)品的需求。在動力鋰電池方面，碳酸鋰可能是新的發(fā)展方向；在消費類電子產(chǎn)品方面，要提高電池的能量密度，以硅-碳(Si-C)復合材料為代表的新型高容量負極材料是未來發(fā)展趨勢。
五、競爭格局
重要公司
1、深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
公司簡介：貝特瑞為我國寶安全資子公司，旗下?lián)碛须u西貝特瑞、雞西長源礦業(yè)、山西貝特瑞、天津貝特瑞、惠州貝特瑞等子公司。重要客戶涵蓋三星、LG、日本松下、索尼、ATL、力神、比克、比亞迪、國軒等。負極材料產(chǎn)量30000噸/年。
2、上海杉杉科技有限公司
公司簡介：上海杉杉是杉杉股份的全資子公司，擁有產(chǎn)品系列包括中間相、天然石墨、人造石墨、復合石墨、合金及硬炭等五大系列。石墨負極材料現(xiàn)有產(chǎn)量15000噸/年，在建產(chǎn)量3.5萬噸。重要客戶有LG、SONY、ATL、力神、比克、比亞迪、光宇等。
3、江西紫宸科技有限公司
公司簡介：紫宸科技成立于2012年十二月，是由上海璞泰來新材料技術(shù)有限公司、蕪湖佳輝投資管理有限公司、上海符禺山投資管理有限公司、上海闊甬投資管理有限公司等共同出資，其中上海璞泰來新材料技術(shù)有限公司占重要51%股份。目前公司負極材料產(chǎn)量10000噸，其中容量型鋰電池負極材料7240噸/年、綜合型鋰電池負極材料2620噸/年；倍率型鋰電池負極材料140噸/年，未來規(guī)劃總產(chǎn)量40000噸/年，重要客戶是ATL。
4、江西正拓新能源科技股份有限公司
公司簡介：公司成立于2008年，注冊資本5000萬元，產(chǎn)品以石墨為主，目前各類石墨材料年產(chǎn)量達3000噸左右，產(chǎn)品涵蓋3C電池、動力鋰電池、儲能電池等，擁有先進的自動化生產(chǎn)設(shè)備，30余名專業(yè)人員研發(fā)團隊，國家專利24項。目前，正拓新能源負極材料年產(chǎn)量7000噸左右，重要客戶有深圳華粵寶、中山天貿(mào)、寧波維科、深圳比克等。
5、湖南星城石墨科技股份有限公司
公司簡介：湖南星城石墨是當升科技、深圳市創(chuàng)新投資集團、原始創(chuàng)業(yè)者股東等注資興建的現(xiàn)代化公司。2015年八月星城石墨正式在新三板股轉(zhuǎn)系統(tǒng)做市。目前公司負極材料產(chǎn)量8000噸，到2015年十月產(chǎn)量將達到10000噸，重要客戶有福斯特、比亞迪、蘇州星恒、CATL等。
6、深圳市斯諾實業(yè)發(fā)展有限公司
公司簡介：公司成立于2002年，注冊資本3100萬元，旗下有深圳市斯諾實業(yè)發(fā)展有限公司石墨材料分公司，深圳市斯諾實業(yè)發(fā)展有限公司寶安分公司等兩家公司，目前重要從事鋰電池負極材料(MAG)、改性石墨材料等的研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)量達到8000噸，重要客戶有福斯特、迪凱特等。
7、天津錦美碳材科技發(fā)展有限公司
公司簡介：公司成立于2007年，注冊資本1110.00萬元，產(chǎn)品重要是人造石墨負極材料。目前錦美碳材負極材料產(chǎn)量5000噸，重要客戶有LG化學、凱豐電子、BAK、神鹿能源、捷威動力等。
8、湖南摩根海容新材料有限責任公司
公司簡介：湖南摩根海容新材料有限責任公司成立于2004年，注冊資本1600萬元，2011年由英國碳素陶瓷材料生產(chǎn)商摩根坩堝公共有限公司控股，公司目前供應(yīng)SKG、MGM、P-RC、CAP、EG、CMS等系列負極材料產(chǎn)品，目前負極材料產(chǎn)量3000噸左右，重要客戶萬向等。
9、湖州創(chuàng)亞動力鋰電池材料有限公司
公司簡介：公司成立于2009年，注冊資本1500萬元，主營鋰電池負極材料和電解液材料。負極材料包括改性人造石墨、改性天然石墨、復合類石墨、中間相碳微球等四大種類產(chǎn)品。目前公司的負極材料產(chǎn)量5000噸左右，在建產(chǎn)量5000噸/年，未來總產(chǎn)量達10000噸/年，重要客戶有光宇、比克等。
10、大連宏光鋰業(yè)股份有限公司
公司簡介：公司成立于2013年十一月，是由大連麗昌新材料有限公司和遼寧弘光科技(集團)有限公司重組合并而成，重要產(chǎn)品包括天然石墨類、人造石墨類、復合石墨類、中間相類、動力材料類等，擁有大連和丹東兩個生產(chǎn)基地，年產(chǎn)量3500噸(大連1500噸，丹東2000噸)，重要客戶比亞迪和比克等。
