鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)和標準分析

 

　　目前鋰離子電池中正極材料、負極材料、電解液、隔膜這4個部分總共占到鋰離子電池成本的85%。鋰離子電池價格的“居高不下”，很大程度上是由于電池材料行業(yè)還沒有形成大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，批量少、生產(chǎn)裝備科技含量低，并且部分標準缺失，導致鋰離子電池材料產(chǎn)品評價條件不一，品質(zhì)參差不齊，技術門檻低，整個行業(yè)較為混亂，制約了其發(fā)展。

 

　　目前，國內(nèi)已制定的鋰離子電池材料相關標準共15項，均為推薦性標準。其構(gòu)成較為復雜：既有國家標準，又有行業(yè)標準，而且涉及產(chǎn)品面非常廣；既有在正、負極材料和電解液材料的產(chǎn)品標準，又有上游原材料如碳酸鋰、氟化鋰等產(chǎn)品標準；既有產(chǎn)品規(guī)范，又有產(chǎn)品的分析、測試方法。標準的具體適用范圍和規(guī)定內(nèi)容詳見表3。

 

　　3.1 上游原材料

 

　　我國現(xiàn)有鋰電池材料上游原材料標準6項，其中5項為產(chǎn)品標準，分別為GB/T 26008-2010《電池級單水氫氧化鋰》、YS/T 661-2007《電池級氟化鋰》、YS/T582-2006《電池級碳酸鋰》、YS/T 633-2007《四氧化三鈷》和HG/T 4066-2008《六氟磷酸鋰和六氟磷酸鋰電解液 第1部分：六氟磷酸鋰》，標準規(guī)定了產(chǎn)品的要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、包裝、標志、運輸、貯存等內(nèi)容。還有1項標準GB/T 19282-2003為六氟磷酸鋰產(chǎn)品的分析方法。

 

　　電池級單水氫氧化鋰和電池級碳酸鋰可以作為生產(chǎn)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，電池級氟化鋰主要用于生產(chǎn)電池級六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰是生產(chǎn)電解液的主要原材料，其占電解液成本的50%左右，目前全球范圍內(nèi)只有中國、日本實現(xiàn)了六氟磷酸鋰產(chǎn)業(yè)化。由于生產(chǎn)技術難度非常高，在國際上主要由關東電化學工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學等幾家日本企業(yè)壟斷。國內(nèi)只有金光高科、天津化工設計研究院、天津金牛等少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)，且產(chǎn)能較少，品質(zhì)與國外也存在很大差距。

 

　　雖然國內(nèi)六氟磷酸鋰的生產(chǎn)技術還在發(fā)展中，但企業(yè)較早地開展了相關標準的制定工作，2003年就發(fā)布了GB/T 19282-2003《六氟磷酸鋰產(chǎn)品分析方法》。該標準規(guī)定了產(chǎn)品中六氟磷酸鋰的鑒別、六氟磷酸根、水分、鋰含量、雜質(zhì)金屬離子、二甲氧基乙烷不溶物的測定的分析方法。2008年發(fā)布的化工行業(yè)標準HG/T 4066-2008《六氟磷酸鋰和六氟磷酸鋰電解液 第1部分：六氟磷酸鋰》規(guī)定了六氟磷酸鋰的各化學成分含量要求及其試驗方法、產(chǎn)品檢驗規(guī)則和標志、標簽、包裝、貯存、運輸?shù)葍?nèi)容，規(guī)范了國內(nèi)電解質(zhì)鹽市場。

 

　　隨著技術的快速發(fā)展，對電池級碳酸鋰材料的性能指標要求也在提高。目前，YS/T 582-2006《電池級碳酸鋰》標準正在修訂中，以滿足當前電池材料市場的需要。由于磷酸鐵鋰電池在動力領域的應用優(yōu)勢逐漸凸顯，我國也開始制定磷酸鐵鋰正極材料所需原材料《電池級磷酸二氫鋰》標準的制定。

 

　　3.2 正極材料

 

　　常用的鋰離子電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰三元材料和磷酸鐵鋰，現(xiàn)均已實現(xiàn)市場化。2011年國內(nèi)電池正極材料的產(chǎn)量達到2.9萬噸，其中鈷酸鋰仍是主要的鋰離子電池正極材料。目前國內(nèi)制定的正極材料標準共有7項，其中與鈷酸鋰相關的標準就占了5項。

 

　　早在2006年就發(fā)布了鈷酸鋰產(chǎn)品標準GB / T20252-20 06《鈷酸鋰》，對鈷酸鋰的化學成分、晶體結(jié)構(gòu)、振實密度、粒度分布、比表面積、pH值、首次放電比容量、首次充放電效率、平臺容量比率、循環(huán)壽命和產(chǎn)品的檢驗規(guī)則等進行了規(guī)定。2009年又發(fā)布了鈷酸鋰產(chǎn)品電化學測試方法標準兩項（GB/T23365-2009和GB/T 23366-2009）和化學分析方法兩項（GB/T 23367.1-2009和GB/T 23367.2-2009），規(guī)定了鈷酸鋰首次放電比容量、首次充放電效率、放電平臺容量比率、循環(huán)壽命的測試方法，同時規(guī)定了鈷酸鋰中鈷、鋰、鎳、錳、鎂、鋁、鐵、鈉、鈣、銅含量的測定方法。

 

　　另外兩項產(chǎn)品標準YS/T 677-2008《錳酸鋰》和GB/T 26031-2010《鎳酸鋰》對正極材料的化學成分（包括主元素含量范圍和雜質(zhì)元素含量限制）、晶體結(jié)構(gòu)、振實密度、粒度分布、比表面積、pH值、首次放電比容量、首次充放電效率、平臺容量比率和循環(huán)壽命等做了具體要求。

 

　　從上述標準可以看出，目前受市場熱捧的磷酸鐵鋰和鎳鈷錳酸鋰三元材料還沒有現(xiàn)行國家或行業(yè)標準可以參考，但全國有色金屬標準化技術委員會已對相關標準進行了立項，《磷酸鐵鋰》、《鎳鈷錳酸鋰》和《鎳鈷錳酸鋰化學分析方法》等標準也有望于近期發(fā)布。

 

　　3.3 負極材料

 

　　最常見的負極材料為碳基負極材料，如人工石墨、天然石墨等，目前國內(nèi)企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)，并且大多擁有自主知識產(chǎn)權。

 

　　2009年由國內(nèi)生產(chǎn)碳負極材料的龍頭企業(yè)——深圳貝特瑞公司主導起草的GB/T 24533-2009《鋰離子電池石墨類負極材料》正式發(fā)布。該標準涵蓋了市場上常見的碳基負極材料：天然石墨、人造石墨（包括中間相碳微球類、針狀焦類和石油焦類人造石墨）以及復合石墨，建立了鋰離子電池石墨類負極材料產(chǎn)品的性能指標體系，根據(jù)性能將產(chǎn)品劃分為3個等級，對每個等級建立相應的評價方法和檢驗規(guī)則，統(tǒng)一相關檢測設備及檢測方法。

 

　　3.4 電解液

 

　　電解液號稱鋰電池的“血液”，市場主要集中于日本宇部公司和韓國ECOPRO公司，這兩家大約占全球市場份額的50%。國產(chǎn)電解液是從2002年進入市場并逐步取代進口產(chǎn)品的，通過不斷改進和提高，產(chǎn)品質(zhì)量已達到國際先進水平。目前國內(nèi)電池生產(chǎn)商電解液配套已基本實現(xiàn)國產(chǎn)化，只有少部分使用進口電解液。國內(nèi)生產(chǎn)電解液的主要廠家有國泰榮華、天津金牛、東莞杉杉、珠海賽緯電子、廣州天賜、深圳新宙邦等10余家，年生產(chǎn)能力都在千噸級以上，涉及高、中、低端各個市場，可滿足我國鋰離子電池生產(chǎn)的需要，并有部分出口。

 

　　在我國電解液市場迅速發(fā)展壯大的背景下，2008年由天津化工設計研究院和天津金牛電源材料有限責任公司起草的化工行業(yè)標準HG/T 4067-2008《六氟磷酸鋰和六氟磷酸鋰電解液 第2部分：六氟磷酸鋰電解液》發(fā)布。該標準對六氟磷酸鋰電解液進行了規(guī)定，其評價指標主要為色度、密度、電導率以及水分、游離酸、硫酸鹽、氯化物、鐵、鉀、鈉的含量，并給出了相應的試驗方法。

 

　　3.5 隔膜

 

　　隔膜是鋰離子電池材料中技術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)只有星源材質(zhì)、金輝高科等少數(shù)幾家公司能夠批量生產(chǎn)，且僅能用于中低端市場。國外企業(yè)：日本Asahi（旭化成工業(yè)株式會社）、Tonen(東燃化學株式會社)、韓國SK公司、美國Celgard公司以及英國N-Tech公司等國際巨頭基本壟斷了全球市場。

 

　　正是因為國內(nèi)隔膜產(chǎn)業(yè)的弱勢地位，間接導致我國隔膜相關標準的缺失。目前，國產(chǎn)隔膜相比國外隔膜的主要差距在于國產(chǎn)的一致性較差，導致電池質(zhì)量不穩(wěn)定。我國應盡快制定隔膜標準來規(guī)范制備工藝和產(chǎn)品質(zhì)量，以充分發(fā)揮標準對技術和產(chǎn)業(yè)的引領作用。