锂离子电池上游产业链技术全解

发布时间: 2014-10-11 10:02:27 来源:电池中国网综合
[摘要]我国锂电池上游矿产资源丰富,主要包括钴、锂、镍、锰、磷、铁、石墨及各种化合物,其中锂和石墨矿石用量最大。

  国内电解液产能释放,聚合物电解质受青睐

  电解液对锂电池的运行和安全性具有举足轻重的作用。电解液作为带动锂离子流动的载体,对电池的比容量、工作温度范围、循环效率和安全性能等至关重要,是锂离子电池获得高电压、高比能的保证。电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料组成,在一定条件下,按一定比例配制而成的,其中电解质在电解液成本中比重最大,也是电解液中技术壁垒最高的环节,目前主要被日韩垄断。

  六氟磷酸锂是目前市场上主要的锂电池电解质。电解质材料中六氟磷酸锂相对于其他锂盐,不仅具有良好的导电率、电化学稳定性及突出的氧化稳定性,并且后续废电池的处理简单,对生态环境友好,因此成为目前应用最广泛的电解质。

  六氟磷酸锂实现国产化,价格趋稳。电解质与隔膜类似,是电池低成本和自产自足的关键,六氟磷酸锂以其独特的性能优势成为目前最广泛的电解质。着眼全球,2011年日本瑞星化工、森田化学和关东电化是六氟磷酸锂的主要生产商,占全球产能的55%左右,随着国内厂商技术突破同时快速扩张产能快速扩张,预计到2015年六氟磷酸锂产能将占全球40%。六氟磷酸锂产能的快速释放将加剧行业竞争,直接导致产品价格降低,但随着电动汽车行业的爆发以及消费类电子产品的稳定增长,六氟磷酸锂未来的需求将大幅提升,价格有望稳定在10万元/吨。

  全球锂电池电解液供应商主要集中在中、日、韩。电解液的格局与锂电池的分布一致,主要集中在中、日、韩三国。锂电池的市场发展直接带动了电解液材料产业的大发展,2012年中国企业在全球市场份额比重突破50%,相反,日本企业电解液的市场份额有所下降,2012年的日本电解液企业在全球市场份额为22.9%,较2011年的33.4%下滑了10%以上。

  电解液处于向中国产能转移的过程中。过去锂电池电解液一直都是日韩厂商的天下,随着中国技术的提高以及国内需求的日益增速,尤其是六氟磷酸锂国产化后,电解液产能不断向中国转移。

  电解液的扩产速度与需求增速基本匹配,电解液价格稳定。尽管电解液也存在扩产,但电解液扩产比较理性,随着六氟磷酸锂近年来的快速扩产带来的成本下降以及国内市场的提升,一线厂商的电解液毛利率有望稳定在25%,电解液的价格在3.5万元/吨左右。

  聚合物锂电池将成为未来锂电池的主流产品。根据锂电池形状和外包装材料可以将锂电池分为方形锂电池、圆柱锂电池和聚合物锂电池。由于与液态锂电池相比,聚合物锂电池具有可薄形化(最薄0.8毫米)、任意面积化与任意形状化等优点,从而提高电池设计的灵活性。受益于平板电脑、智能手机等消费类电子产品的快速增长,聚合物锂电池企业正迎来巨大的市场机遇。

  隔膜技术实现突破,进口替代日趋明显

  锂电池隔膜生产技术壁垒最高,高端产品需依赖进口。隔膜在成本构成上仅次于正极材料,占20-30%,隔膜的性能决定了电池的界面结构、内阻等,直接影响电池的容量、循环以及安全性能。隔膜主要作用是将电池的正、负极分隔开来,防止两极接触而短路。目前,市场化的隔膜材料主要是以聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)为主的聚烯烃类隔膜。

  隔膜的生产工艺包括湿法工艺和干法工艺,同时干法工艺又可细分为单向拉伸工艺和双向拉伸工艺。

  干法工艺:将聚烯烃树脂熔融、挤压、吹膜制成结晶性聚合物薄膜,经过结晶化处理、退火,得到高度取向的多层结构,在高温下进一步拉伸,将结晶界面进行剥离,形成多孔结构。聚丙烯(PP)产品主要由干法工艺制得。

  湿法工艺:将高沸点的液态烃或一些小分子物质与聚烯烃树脂混合,加热熔融后,形成均匀的混合物,把熔融混合物铺在薄片上,压制成膜片,再将膜片加热至接近熔点温度,进行双向拉伸使分子链取向,最后保温一定时间,用易挥发物质洗脱残留的溶剂,制得微孔膜材料。聚乙烯(PE)产品是由湿法工艺制的。

  全球隔膜行业集中于美日韩,国内发展空间大。目前世界上只有美国、日本、韩国等少数国家拥有先进的隔膜生产技术,其中旭化成、Celgard和东燃化学、韩国SK明显居于垄断地位,四家企业2013年全球市场占有率达到76%,国际大的锂电池厂商也由这4家企业为其供应隔膜产品。就全球格局来看,高端市场被国外垄断,80%的中端市场被国外占据,我国产品处于中低端,市场竞争激烈。近几年随着国内厂商积极加大研发力度,国产锂电池隔膜渐渐走进锂电圈,开始抢占国际市场份额。

  全球隔膜供过于求,但形势并不严峻。据中国塑料加工工业协会称,随着电动车和储能等下游锂电池产业的影响,未来几年全球隔膜的年需求量将以20-25%的速度增长,同时全球隔膜产量保持较快的增长,2013年全球隔膜产量同比增长30%,供需基本平衡。

  国内隔膜产能不断扩大,隔膜价格趋于平稳。隔膜是锂电池四大关键材料中技术壁垒最高的材料,也是毛利率最高的材料。在产业初期,许多企业扎堆进入隔膜行业,多数企业隔膜产品定位于中低端市场,造成中低端隔膜产能过剩。据高工锂电统计,截止目前,国内涉足隔膜的企业已接近40家,规划的产能达到8亿平米,已远远超过2013年全球的实际用量7.5亿平米,但实际量产的企业不到20家,得到电池厂商认可的不足10家,有些企业的产能利用率不足5%。目前干法工艺制造的隔膜价格在5元/平米左右,未来价格趋于平稳,湿法工艺由于工艺复杂,价格稳定在10-12元/平米。

  国内锂电隔膜技术取得突破,进口替代趋势明显。随着锂电池应用领域不断扩增,国内部分优秀厂商技术、装备不断提高,以其优良的产品性能及强大的市场拓展能力,大幅度提高市场份额,逐步实现进口替代。星源材质、佛山金辉高科、中科科技等大陆厂商逐步实现隔膜产业化,部分企业在孔隙率、热收缩、拉伸强度等关键技术指标接近国际水平,进口替代趋势明显。

  未来隔膜行业发展趋势:更轻薄、更安全。随着锂电池在消费类电子、电动汽车等应用领域的快速增长,锂电池隔膜要为未来的市场爆发提前布备,需要在产品的性能和品质上有所突破,隔膜未来发展趋势是满足高功率、大容量、长寿命循环和安全可靠等性能要求。
 

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