“鋰電池”,是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質(zhì)溶液的電池。

1912年鋰金屬電池最早由GilbertN.Lewis提出并研究。20世紀70年代時,M.S.Whittingham提出并開始研究鋰離子電池。鋰電池大致可分為兩類:鋰金屬電池和鋰離子電池。鋰離子電池不含有金屬態(tài)的鋰,并且是可以充電的?？?a class="seo-anchor" data-anchorid="150" href="http://www.pdszhhs.com" style="box-sizing: border-box; background-color: transparent; color: rgb(169, 131, 38); text-decoration: none;" target="_blank">充電電池的第五代產(chǎn)品鋰金屬電池在1996年誕生,其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。由于其自身的高技術(shù)要求限制,現(xiàn)在只有少數(shù)幾個國家的公司在生產(chǎn)這種鋰金屬電池。因此,我們這里主要討論的是鋰離子電池。

新能源汽車成為鋰電池需求增長的支撐點

根據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會的數(shù)據(jù),2017年1-4月,新能源汽車生產(chǎn)95856輛,同比增長1.4%;銷售90402輛,同比下降0.2%。其中純電動汽車產(chǎn)銷78351輛和72895輛,同比增長11%和9.7%;插電式混合動力汽車產(chǎn)銷17504輛和17507輛,同比下降26.8%和27.4%。雖然新能源汽車產(chǎn)銷量增速放緩,但是純電動汽車產(chǎn)銷量仍保持較快速度增長。

隨著新能源汽車產(chǎn)銷量爆發(fā)式增長,新能源汽車在我國汽車產(chǎn)量占比不斷提升。2016年,新能源汽車產(chǎn)量占汽車總產(chǎn)量的比例為1.79%;新能源汽車銷量占汽車總銷量的比例為1.81%。2017年1-4月,新能源汽車產(chǎn)量占汽車總產(chǎn)量的比例為1.03%;新能源汽車銷量占汽車總銷量的比例為0.99%。

我國汽車產(chǎn)銷量中新能源汽車占比不斷提升

從應(yīng)用領(lǐng)域來看,鋰離子電池下游需求主要是3C消費電子領(lǐng)域、動力電池、工業(yè)及儲能。目前,3C消費電子領(lǐng)域仍是鋰電池的最大需求終端,不過隨著新能源汽車產(chǎn)量的快速增長,刺激了對動力電池的需求,成為鋰電池需求增長的最主要的支撐點。據(jù)統(tǒng)計,2011年我國電動汽車對鋰離子電池的需求量為176.7萬Kwh,占整個鋰電池市場總需求的比重僅為6.6%;2015年需求量快速增長到1503.09萬Kwh,5年增長了8倍多,市場份額也快速增長到19%左右,成為僅次于3C鋰離子電池第二大細分市場。

隔膜:技術(shù)壁壘最高,中高端供不應(yīng)求

隔膜是決定鋰離子電池性能、安全性和成本的重要部分。鋰離子電池的放電原理是正極材料中的鋰離子Li+脫嵌,通過電解液移動到負極中,電子則通過外電路從正極移動到負極中形成電流。正負極材料一旦發(fā)生接觸就會導(dǎo)致電池發(fā)生短路,甚至發(fā)生燃燒和爆炸。而隔膜作為一種絕緣材料,其主要作用在于防止正負極材料接觸導(dǎo)致短路,成為保障電池安全的最重要部分之一。隔膜能夠浸潤在電解液中,而且表面上有大量允許鋰離子通過的微孔。材料、厚度和微孔數(shù)量等特性都會影響鋰離子穿過隔膜的速度,進而影響到電池的放電倍率、循環(huán)壽命等性能。在四大鋰離子電池材料中,隔膜的成本占比僅次于正極材料,約為10%-15%,在一些高端電池中,隔膜成本占比甚至超過20%,主要原因在于:四大鋰離子電池材料中,隔膜技術(shù)壁壘最高,毛利率最高。

鋰離子電池隔膜性能和技術(shù)要求

干法和濕法是鋰電池隔膜的主要生產(chǎn)工藝,但濕法膜涂覆將是大趨勢鋰電池隔膜的生產(chǎn)工藝包括濕法工藝和干法工藝,同時干法工藝又可分為單向拉伸工藝和雙向拉伸工藝。

濕法工藝將液態(tài)烴或一些小分子物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合,加熱熔融后,形成均勻的混合物,然后降溫進行相分離,壓制得膜片,再將膜片加熱至接近熔點溫度,進行雙向拉伸使分子鏈取向,最后保溫一定時間,用易揮發(fā)物質(zhì)洗脫殘留的溶劑,可制備出相互貫通的微孔膜材料。日本旭化成、日本東燃、韓國SK等均采用此工藝。

性能比較上看,濕法涂覆膜未來將是大趨勢。就目前的技術(shù)工藝發(fā)展情況看,陶瓷涂覆工藝是提升隔膜品質(zhì)的一種有效方式。涂覆隔膜是指在基膜上涂布PVDF等粘黏劑或陶瓷氧化鋁。這樣帶來的直接作用是提高隔膜耐熱收縮性,防止隔膜收縮造成大面積短路;防止電池中的某些熱失控點擴大形成整體熱失控。而在保障隔膜力學(xué)性能以及電化學(xué)性能的基礎(chǔ)之上,能盡可能的降低隔膜的厚度,降低隔膜的內(nèi)阻提高電池的體積容量和倍率性能。

隨著我國鋰離子電池市場容量的快速增加,刺激了對鋰電池隔膜的需求。據(jù)統(tǒng)計,2009年我國國內(nèi)鋰電池市場鋰電隔膜需求量為1.35億平方米,而到了2015年需求量達到了6.20億平方米,同比增長35.96%,2009年至2015年,復(fù)合增長率達到了28.93%。中國名義產(chǎn)能過剩,高端產(chǎn)品依賴進口。目前中國隔膜市場產(chǎn)能過剩,2015年底國產(chǎn)隔膜總產(chǎn)能已達有效產(chǎn)能已經(jīng)達到15億平方米,產(chǎn)能遠超需求量。另外,國產(chǎn)隔膜超過1/3采用干法雙拉工藝,產(chǎn)品檔次和售價較低,無法應(yīng)用于動力電池領(lǐng)域。名義產(chǎn)能嚴重過剩,但是中高端產(chǎn)品依然依賴進口。