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动力电池四大材料发展情况及技术应用走势分析



  产业发展新周期下,锂电供应链生态正在不断演进,伴随着新材料、新技术、新工艺的突破,新的产业链生态也将酝酿而成。

  尤其是锂电关键四大主材:正极、负极、电解液、隔膜的发展,其革新技术的产业化落地关系着锂电产业的前进速度。

  近期,高工咨询董事长张小飞博士在题为“锂电关键材料应用进展分析”的演讲中指出,动力电池行业处于调整期,各环节龙头企业继续扩产,外资企业扩产凶猛,海外OEM电动化加速,外资主机厂、锂电池企业抓紧开发中国材料供应链。同时,各细分领域市场的崛起也在带动锂电核心材料需求边界的增长。

  “对于材料企业而言,未来仅具备产能优势的企业或被具有新材料新技术/工艺的企业所取代。”张小飞表示。

  上半年受疫情影响,新能源汽车及动力电池产销量遭受冲击,四大材料出货量同样发生连锁反应。值得注意的是,新能源汽车发展定势下,新材料、新技术的成熟演进及发展也让四大材料面临着更多的机会与挑战。

  上半年概况:2020年H1中国正极材料出货量17.3万吨,同比下滑6.9%,受疫情影响,下游终端客户需求下降。

  三元电池上半年动力领域出货量14.08GWh。新能源乘用车市场中三元电池仍为主流,进而带动三元正极材料出货量提升。

  磷酸铁锂电池上半年动力领域出货量7.7GWh,动力电池出货量占比出现明显回升。这与乘用车主机厂部分中低续航里程车型切换磷酸铁锂电池有关。

  锰酸锂电池上半年动力领域0.22GWh,主要受三元材料、磷酸铁锂材料价格下滑,导致其市场被侵蚀抢占。

  趋势机遇:三元材料中高镍是未来2-3年主流,长期看好高镍。5系、6系在方形、软包上已批量使用,且还有改进空间。

  高镍只在圆柱及少数方形上量产,且出于安全考虑,其高能量密度优势还不能很好发挥;高镍在动力电池上普遍应用还需要2-3年时间积累。

  从技术路径看,中高镍提高克容量的重要手段。提高电压是另一种提高三元材料克容量的方法,目前三元材料平台为4.25V,未来高电压(4.3V、4.35V、4.4V等)也将实现量产。

  磷酸铁锂电池市场应用的推进,一方面依托于“刀片”电池技术、软包大模组及 CTP 技术等新技术的推进进展;另一方面通过磷酸铁锂正极材料纳米化、提高正极压实密度等技术手段,逐步提高能量密度。

  上半年概况:2020年H1国内负极材料出货量为12.6万吨,同比增长0.3%,环比下滑1.1%;其中人造石墨出货量10.16万吨,同比增长7.8%,增长主要受海外动力电池市场与国内市场双向需求带动。

  天然石墨受市场产品定位变化(如快充性)导致出货量有所减少,天然石墨上半年出货量为2.35万吨,同比下降10.8%。

  趋势机遇:负极的主要技术发展趋势是复合型负极材料、高克容硅基负极和快充型负极材料。

  复合型负极材料方面,不同类型负极材料具有不同特点,硅/硅氧负极克容量高、MCMB和软碳倍率性好,通过将其与人造石墨进行复合可以有效发挥两种材料的性能优势。

  高克容硅基负极方面,目前石墨类负极材料克容量提升空间有限,通过使用硅基负极材料可以提升克容量,从而提升能量密度,目前主流硅基负极容量为420mAh/g,正在加大450mAh/g及以上克容产品开发。

  快充型负极材料方面,负极材料对锂电池快充性能影响较大,目前以MCMB、LTO为代表的负极材料快充性能好,但克容量低。通过对人造石墨进行整形,一次颗粒小型化(4-7um)、球形化,提升倍率性能;通过新型二次造粒技术,各向同性化,提升倍率。

  上半年概况:2020年H1动力型电解液出货量为4.16万吨,同比下降16.7%,动力电解液的减少主要受疫情影响,下游新能源车需求减少,导致动力产量下降。

  趋势机遇:一方面,通过提升电池电压平台,可以提升电池能量密度,因此开发高电压型电解液为目前电解液及电池企业的研发重点。

  上半年概况:2020年H1中国锂电池隔膜出货量为10.72亿平米,同比下滑11.6%,主要受国内动力电池市场复苏缓慢,及疫情开始在海外扩散,导致海外动力电池市场需求下降。

  其中,干法隔膜出货量3.35亿平方米,同比下滑9.5%,主要是因为主流动力电池以湿法隔膜为主,对干法隔膜的需求相对较低,叠加疫情影响,下游终端市场需求减少。湿法隔膜出货量7.37亿平米,同比下滑12.6%,主要受动力电池市场需求下降及出口市场需求放缓。

  趋势机遇:动力电池往高能量密度方向发展,无论是基膜还是涂层厚度将往轻薄化方向发展;湿法基膜从最初16um到12um、9um,目前7um动力基膜已在开发认证中;数码电池已批量使用国产5um隔膜。

  随着应用成本降低,未来无论是动力电池还是数码电池,“陶瓷(勃姆石)+PVDF”的涂覆工艺凭借其优异的安全性、硬度提升性能和优异的循环性能,将成为主流技术路线。

  油性涂覆粘接性更好、芳纶涂覆可耐400℃高温安全性更优,未来随着技术逐步成熟及价格下降,应用开发将提速。

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