詳解鋰電池負(fù)極材料(附企業(yè)名單)
一、負(fù)極材料類型
鋰離子電池的負(fù)極是由負(fù)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(fù)極材料是鋰離子電池儲(chǔ)存鋰的主體，使鋰離子在充放電過程中嵌入與脫出。鋰電池充電時(shí)，正極中鋰原子電離成鋰離子和電子，并且鋰離子向負(fù)極運(yùn)動(dòng)與電子合成鋰原子。放電時(shí)，鋰原子從石墨晶體內(nèi)負(fù)極表面電離成鋰離子和電子，并在正極處合成鋰原子。
負(fù)極材料主要影響鋰電池的首次效率、循環(huán)性能等，負(fù)極材料的性能也直接影響鋰電池的性能，負(fù)極材料占鋰電池總成本5~15%左右。負(fù)極材料種類上，包括碳系負(fù)極、非碳性負(fù)極。從技術(shù)角度來看，未來鋰離子電池負(fù)極材料將會(huì)呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前的鋰離子電池負(fù)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(fù)極材料共存的局面。
二、負(fù)極材料的技術(shù)類型
負(fù)極材料主要分為以下三類：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(fù)極材料應(yīng)該滿足如下要求：比能量高、相對(duì)鋰電極的電極電勢(shì)低；充放電反應(yīng)可逆性好；與電解液和粘結(jié)劑的兼容性好；比表面積小(<10m2/g)；振實(shí)密度高(>2.0g/cm3)；嵌鋰過程中尺寸和機(jī)械穩(wěn)定性好；資源豐富、價(jià)格低廉；在空氣中穩(wěn)定、無毒副作用等。
當(dāng)前主要使用的負(fù)極材料是天然石墨和人造石墨，其中天然石墨主要使用在3C領(lǐng)域，而人造石墨主要使用在動(dòng)力領(lǐng)域。傳統(tǒng)石墨材料的能量密度上限在372mAh/g，較當(dāng)前正極材料的能量密度還有相當(dāng)?shù)脑Ａ俊Ｊ芪磥砟芰棵芏纫约皠?dòng)力電池高倍率放電的要求，盡管價(jià)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(fù)荷材料等高端負(fù)極材料逐漸進(jìn)入到了對(duì)性能要求較全面且較高的電池負(fù)極材料應(yīng)用中去。具體這幾種高端負(fù)極與天然石墨及人造石墨材料的特性以及優(yōu)缺點(diǎn)比較如下表所示。
三、市場(chǎng)狀況
(一)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
現(xiàn)階段，石墨材料是負(fù)極材料的主流，未來石墨烯、鈦酸鋰、硅碳復(fù)合材料未來其良好發(fā)展前景。2015年全球鋰電池負(fù)極材料消費(fèi)結(jié)極來看，天然石墨、人造石墨、中間相炭碳微球及鈦酸鋰、軟碳與硬碳、非碳材料占比分別為55.0%、35.0%、7.4%、1.7%、0.8%，中國鋰電池負(fù)極材料消費(fèi)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(fù)極材料年產(chǎn)量
高工產(chǎn)研鋰電研究所(GGII)調(diào)研顯示，2016年中國負(fù)極材料產(chǎn)量12.25萬噸，同比增長68.27%。當(dāng)前的增速主要由于：1)國內(nèi)動(dòng)力電池產(chǎn)量同比增長超過200%，帶動(dòng)負(fù)極材料的需求；2)中國數(shù)碼市場(chǎng)增速雖放緩，但仍小幅增長；3)以貝特瑞為代表的企業(yè)保持一定比例的出口，雖整體出口占比下降，但總量增加。
四、發(fā)展趨勢(shì)
(一)總體呈現(xiàn)高端化趨勢(shì)
受動(dòng)力電池帶動(dòng)，2016年國內(nèi)負(fù)極材料的需求增長最快的是人造石墨，因?yàn)樘烊皇饕\(yùn)用數(shù)碼產(chǎn)品及筆記本電腦上，人造石墨主要用在動(dòng)力領(lǐng)域，再而人造石墨的均價(jià)高于天然石墨。此外，由于動(dòng)力鋰電對(duì)于高倍率放電下的穩(wěn)定性要求很高，負(fù)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(jià)遠(yuǎn)高于天然石墨和人造石墨。因此隨著動(dòng)力鋰電未來的放量，鋰電負(fù)極材料未來將呈現(xiàn)出一個(gè)高端化的趨勢(shì)。鋰離子電池負(fù)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，這一切與針對(duì)各類材料的改性研究分不開。
對(duì)于石墨類負(fù)極，主要致力于解決石墨材料表面包覆蓋性，增加與電解液的相容性，減少不可逆容量、增加倍率性能等；對(duì)于氧化物負(fù)極鈦酸鋰，主要研究如何對(duì)其進(jìn)行摻雜，提高電子、離子的傳導(dǎo)性；對(duì)于硅基錫基氧化物負(fù)極，循環(huán)的穩(wěn)定性一直是材料改性研究的重點(diǎn)。
(二)高能量密度趨勢(shì)
作為鋰電池四大關(guān)鍵材料之一，負(fù)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(fù)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(dòng)力電池方面，碳酸鋰可能是新的發(fā)展方向；在消費(fèi)類電子產(chǎn)品方面，需要提高電池的能量密度，以硅-碳(Si-C)復(fù)合材料為代表的新型高容量負(fù)極材料是未來發(fā)展趨勢(shì)。
五、競爭格局
主要公司
1、深圳市貝特瑞新能源材料股份有限公司
企業(yè)簡介：貝特瑞為中國寶安全資子公司，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。主要客戶涵蓋三星、LG、日本松下、索尼、ATL、力神、比克、比亞迪、國軒等。負(fù)極材料產(chǎn)能30000噸/年。
2、上海杉杉科技有限公司
企業(yè)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(fù)合石墨、合金及硬炭等五大系列。石墨負(fù)極材料現(xiàn)有產(chǎn)能15000噸/年，在建產(chǎn)能3.5萬噸。主要客戶有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12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)有限公司占主要51%股份。目前公司負(fù)極材料產(chǎn)能10000噸，其中容量型鋰離子電池負(fù)極材料7240噸/年、綜合型鋰離子電池負(fù)極材料2620噸/年；倍率型鋰離子電池負(fù)極材料140噸/年，未來規(guī)劃總產(chǎn)能40000噸/年，主要客戶是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(cè)資本5000萬元，產(chǎn)品以石墨為主，目前各類石墨材料年產(chǎn)能達(dá)3000噸左右，產(chǎn)品涵蓋3C電池、動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池等，擁有先進(jìn)的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，30余名專業(yè)人員研發(fā)團(tuán)隊(duì)，國家專利24項(xiàng)。目前，正拓新能源負(fù)極材料年產(chǎn)能7000噸左右，主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
企業(yè)簡介：湖南星城石墨是當(dāng)升科技、深圳市創(chuàng)新投資集團(tuán)、原始創(chuàng)業(yè)者股東等注資興建的現(xiàn)代化企業(yè)。2015年8月星城石墨正式在新三板股轉(zhuǎn)系統(tǒng)做市。目前公司負(fù)極材料產(chǎn)能8000噸，到2015年10月產(chǎn)能將達(dá)到10000噸，主要客戶有福斯特、比亞迪、蘇州星恒、CATL等。
6、深圳市斯諾實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司
公司簡介：公司成立于2002年，注冊(cè)資本3100萬元，旗下有深圳市斯諾實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司石墨材料分公司，深圳市斯諾實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司寶安分公司等兩家公司，目前主要從事鋰離子電池負(fù)極材料(MAG)、改性石墨材料等的研發(fā)和生產(chǎn)，產(chǎn)能達(dá)到8000噸，主要客戶有福斯特、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(cè)資本1110.00萬元，產(chǎn)品主要是人造石墨負(fù)極材料。目前錦美碳材負(fù)極材料產(chǎn)能5000噸，主要客戶有LG化學(xué)、凱豐電子、BAK、神鹿能源、捷威動(dòng)力等。
8、湖南摩根海容新材料有限責(zé)任公司
公司簡介：湖南摩根海容新材料有限責(zé)任公司成立于2004年，注冊(cè)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(fù)極材料產(chǎn)品，目前負(fù)極材料產(chǎn)能3000噸左右，主要客戶萬向等。
9、湖州創(chuàng)亞動(dòng)力電池材料有限公司
公司簡介：公司成立于2009年，注冊(cè)資本1500萬元，主營鋰電池負(fù)極材料和電解液材料。負(fù)極材料包括改性人造石墨、改性天然石墨、復(fù)合類石墨、中間相碳微球等四大種類產(chǎn)品。目前公司的負(fù)極材料產(chǎn)能5000噸左右，在建產(chǎn)能5000噸/年，未來總產(chǎn)能達(dá)10000噸/年，主要客戶有光宇、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11月，是由大連麗昌新材料有限公司與遼寧弘光科技(集團(tuán))有限公司重組合并而成，主要產(chǎn)品包括天然石墨類、人造石墨類、復(fù)合石墨類、中間相類、動(dòng)力材料類等，擁有大連和丹東兩個(gè)生產(chǎn)基地，年產(chǎn)能3500噸(大連1500噸，丹東2000噸)，主要客戶比亞迪和比克等。
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