它們需要哪些化工新材料之鋰電池篇

近幾年新能源汽車的快速發(fā)展極大地帶動(dòng)了我國鋰電池材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。2017年，我國鋰電池的市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了1130億元左右，其中動(dòng)力鋰電池規(guī)模大約600億元。目前我國電池生產(chǎn)企業(yè)已超過200家，是全球擁有鋰電池生產(chǎn)企業(yè)最多的國家。預(yù)計(jì)到2020年，我國在全球電池市場所占的份額將達(dá)七成以上。

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(jí)單水氫氧化鋰和電池級(jí)碳酸鋰可以作為生產(chǎn)鋰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(jí)氟化鋰主要用于生產(chǎn)電池級(jí)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)只有我國和日本實(shí)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，在國際上主要由關(guān)東電化學(xué)工業(yè)、SUTERAKEMIFA、森田化學(xué)等幾家日本企業(yè)壟斷，國內(nèi)只有多氟多（002407）等少數(shù)企業(yè)能生產(chǎn)。

中國電動(dòng)汽車百人會(huì)秘書長兼首席專家張永偉強(qiáng)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(chǔ)量中我國僅占1%左右。隨著電動(dòng)車產(chǎn)銷量的增長，上游資源瓶頸會(huì)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(jià)格的重要因素。

電極材料不斷涌現(xiàn)

目前國際主流電池類型基本為磷酸鐵鋰和三元鋰電池，其中我國2017年兩種電池裝機(jī)占比合計(jì)達(dá)到93.3%。當(dāng)前這兩種電池能量密度提升和成本下降還有一定空間，在產(chǎn)業(yè)中還有一段發(fā)展期。

目前，鋰電池中正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜這4個(gè)部分總共占到鋰電池成本的85%。常用的鋰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(shí)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)企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。電解液也已基本實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，在高、中、低端市場，都可滿足我國鋰電池生產(chǎn)的需要，還有部分出口。

然而，能量密度已經(jīng)接近其物理極限是鋰電池發(fā)展的瓶頸，需要新的材料或者技術(shù)去實(shí)現(xiàn)鋰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(tái)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(diǎn)，但該材料在循環(huán)過程析氧，會(huì)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)。

另一種方法是提高傳統(tǒng)正極材料的充電截止電壓。正極材料的電壓提升后，需要與之配套的高電壓電解液，添加劑可對電解液的高電壓性能起到關(guān)鍵性作用，已成為近年來的研發(fā)重點(diǎn)。

在負(fù)級(jí)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(chǔ)能領(lǐng)域。硅碳復(fù)合材料、石墨烯、碳納米管等負(fù)極材料也都有企業(yè)在研發(fā)。

隔膜技術(shù)含金量最高

隔膜是鋰電池材料中技術(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。國外企業(yè)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。

“隔膜主要材質(zhì)為多孔質(zhì)的高分子膜(聚乙烯或聚丙烯)。鋰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(diǎn)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(jià)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(huì)估算，我國未來每年高品質(zhì)車用動(dòng)力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，還需要有強(qiáng)大的研發(fā)和生產(chǎn)團(tuán)隊(duì)、熟練的工藝技術(shù)和高水平的生產(chǎn)線。

周震認(rèn)為，國內(nèi)隔膜企業(yè)要想有更大作為，必須要在基礎(chǔ)材料表面處理工藝、膠黏劑配方工藝、產(chǎn)品沖壓拉伸等涉及材料、設(shè)備和工藝控制等三大領(lǐng)域發(fā)力。此外，在隔膜產(chǎn)業(yè)鏈上游，包括國產(chǎn)涂布機(jī)等在內(nèi)核心生產(chǎn)裝備也需要迎頭趕上，盡快取得更大突破。