重點開展高比能量電池正負(fù)極材料、高功率密度燃料電池電堆等技術(shù)研究

• 洪前進(jìn) 2023年11月1日 來源：互聯(lián)網(wǎng) 295 11
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在《“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中，綱要明確：突破新能源汽車高安全動力電池、高效驅(qū)動電機(jī)、高性能動力系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。

歐洲等海外市場是全球新能源汽車需求不可或缺的重要組成部分，隨著鋰電池負(fù)極材料行業(yè)下游客戶紛紛在歐洲等海外市場布局鋰離子電池產(chǎn)能，現(xiàn)有的海外客戶訂單需求明確，為更好的就地服務(wù)歐洲等海外當(dāng)?shù)乜蛻?，因此，為積極搶占?xì)W洲等海外市場鋰電產(chǎn)業(yè)鏈構(gòu)建的市場機(jī)遇，與下游客戶形成長期穩(wěn)定的配套合作機(jī)制，并充分獲取在電力、清潔能源、交通及產(chǎn)業(yè)政策等方面的優(yōu)勢資源，中國鋰電池負(fù)極材料企業(yè)在海外建立生產(chǎn)基地以及研發(fā)基地。

在《“十四五”規(guī)劃和2035遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中，綱要明確：突破新能源汽車高安全動力電池、高效驅(qū)動電機(jī)、高性能動力系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)。

中研研究院《2023-2028年鋰電池負(fù)極材料行業(yè)深度研究報告》分析

在鋰電池負(fù)極材料行業(yè)的下游動力電池領(lǐng)域，根據(jù)《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》，2021-2035年我國將實施電池技術(shù)突破行動，推動動力電池全價值鏈發(fā)展，建設(shè)動力電池高效循環(huán)利用體系，其中，上海、浙江、天津等省市提出了動力電池材料和技術(shù)突破的相關(guān)目標(biāo)。

鋰電池負(fù)極材料企業(yè)須具備磁性異物含量、金屬雜質(zhì)含量、水分含量比容量、粒度分布、振實密度、比表面積等關(guān)鍵指標(biāo)的檢測能力，符合國家安全生產(chǎn)法律法規(guī)要求。

推動新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展。做大做強鋰電池產(chǎn)業(yè)，支持壯大寧德時代新能源、巨電新能源、杉杉科技等企業(yè)，著力推進(jìn)寧簽動力電池、杉杉負(fù)極材料等產(chǎn)品，加強與汽車產(chǎn)業(yè)的對接。

重點開展高比能量電池正負(fù)極材料、高功率密度燃料電池電堆等技術(shù)研究，進(jìn)一步提高動力電池/燃料電池等關(guān)鍵零部件安全性、可靠性和耐久性。

負(fù)極材料在鋰離子電池成本中占比小于15%。鋰離子電池四大主材為正極材料、負(fù)極材料、電解液、隔膜，其成本占比分別約為40%、15%、15%、30%。

鋰電池負(fù)極材料主要分為碳材料和非碳材料。碳材料包括：石墨類、石墨烯、無序碳。目前鋰離子電池中應(yīng)用較多的是石墨類負(fù)極材料，比如人造石墨、天然石墨。非碳材料中主要包括：硅基負(fù)極材料、鈦酸鋰負(fù)極材料等。硅基負(fù)極材料中可以分為 SiO 負(fù)極材料、硅碳負(fù)極材料、硅基合金負(fù)極材料。

石墨類負(fù)極各有優(yōu)勢，人造石墨更勝一籌。從克容量來看，天然石墨容量略高于人造石墨。天然石墨負(fù)極材料的理論容量為340-370mAh/g，人造石墨的負(fù)極材料的理論容量為310-360mAh/g。從循環(huán)性能來看，人造石墨循環(huán)性能好于天然石墨。根據(jù)貝特瑞的數(shù)據(jù)，天然石墨(GSN產(chǎn)品)的循環(huán)周數(shù)為500周左右;人造石墨(AGP-2L-P)循環(huán)周數(shù)可達(dá)6000周。主要原因為天然石墨的顆粒大小不一致，表面缺陷較多，因此容易與電解液反應(yīng)從而導(dǎo)致循環(huán)性能下降。從膨脹率角度來看，天然石墨膨脹率高于人造石墨。主要原因為鱗片石墨的結(jié)晶度較高，片層結(jié)構(gòu)單元化大，具有明顯的各向異性。因此，鋰嵌入和脫嵌過程中體積產(chǎn)生較大的變化。

天然石墨與人造石墨的組合穩(wěn)固了石墨類負(fù)極在負(fù)極材料中的地位。根據(jù)下游應(yīng)用的不同需求，石墨類負(fù)極產(chǎn)品具有多樣性。1)天然石墨與人造石墨混合，提高負(fù)極材料克容量、降低產(chǎn)品成本。天然石墨具有可容量高以及成本較低的優(yōu)勢，人造石墨中混合天然石墨一定程度上可以提高負(fù)極材料的容量，生產(chǎn)更具性價比的產(chǎn)品。由于天然石墨為輔助材料，因此人造石墨將會克制天然石墨膨脹率高的問題;2)針狀焦與石油焦區(qū)分高低端人造石墨產(chǎn)品。由于針狀焦原材料要求較高，石墨化性能高于石油焦，因此是高端人造石墨的主要原材料。

石墨類負(fù)極容量接近理論上限，硅基負(fù)極成為下一代負(fù)極材料主力軍。新能源汽車高速發(fā)展加速高能量密度電池發(fā)展進(jìn)程，硅基負(fù)極成為下一代負(fù)極材料的首選。從克容量來看，硅基負(fù)極擁有絕對優(yōu)勢。石墨負(fù)極理論克容量為372mAh/g，硅基負(fù)極理論克容量可高達(dá)4200mAh/g。從膨脹率來看，硅基負(fù)極材料膨脹率極高。根據(jù)數(shù)據(jù)，硅基負(fù)極膨脹率高達(dá)300%。從循環(huán)性能看，硅基負(fù)極循環(huán)壽命遠(yuǎn)低于石墨類負(fù)極。目前硅基負(fù)極循環(huán)壽命為300-500次。主要原因為，硅基負(fù)極膨脹率較高，充放電過程中的膨脹會導(dǎo)致硅基負(fù)極材料的粉末化，從而影響電池的使用壽命。

圖表：2020-2022年中國鋰電池負(fù)極材料行業(yè)市場規(guī)模分析

數(shù)據(jù)來源：中研普華研究院

根據(jù)中研研究院《2023-2028年鋰電池負(fù)極材料行業(yè)深度研究報告》分析得知，近年來，隨著新能源汽車行業(yè)的興起以及鋰電池等產(chǎn)品的發(fā)展，鋰電負(fù)極材料市場規(guī)模穩(wěn)步增長。截止2022年我國鋰電負(fù)極材料行業(yè)市場規(guī)模為308.3億元，同比增長33.33%。

根據(jù)EVTank《中國鋰離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書》，2022年中國新能源汽車帶動鋰電池需求暴增，2022年國內(nèi)動力鋰電池出貨量達(dá)到465.5GWh，同比累計增長111.6%;海外市場動力鋰電池總體出貨28.7GWh，同比增長44.8%。

根據(jù)EVTank《中國鋰離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書》，2022年，全球儲能市場高景氣度發(fā)展，其中國內(nèi)市場在強制配儲和電力改革政策驅(qū)動下，儲能招標(biāo)和中標(biāo)項目同比高增，2022年6月后提速明顯，據(jù)不完全統(tǒng)計，2022年公開中標(biāo)項目已達(dá)43.5GWh。

從硅基負(fù)極類型來看，硅碳負(fù)極與硅氧負(fù)極或?qū)⒊蔀楣杌?fù)極主流技術(shù)。目前硅基負(fù)極的技術(shù)路徑有三種，分別為硅氧負(fù)極材料、硅碳負(fù)極材料、硅基合金負(fù)極材料。1)硅氧負(fù)極材料：Li2O基質(zhì)環(huán)繞在LixSi核周圍可充當(dāng)著鋰離子的快速擴(kuò)散通道，因此嵌鋰時SiOx富含的Li2O基質(zhì)能夠使其在循環(huán)和倍率性能方面最優(yōu)化;LixSi核周圍的Li2O和Li4SiO4基質(zhì)還可以有效的緩沖體積膨脹。2)硅碳復(fù)合材料：將碳材料包覆在硅材料外層，形成硅碳復(fù)合材料。從結(jié)構(gòu)上來看，包覆結(jié)構(gòu)改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性。碳材料的包覆能夠提高負(fù)極材料的導(dǎo)電性能，并且碳材料表面會形成SEI膜，能夠抑制電解液對于負(fù)極材料的侵蝕，從而提高負(fù)極材料的循環(huán)性能。

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  2023-2028年鋰電池負(fù)極材料行業(yè)深度研究報告

  負(fù)極材料，則是指電池中構(gòu)成負(fù)極的原料，鋰電池的負(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。鋰離子電池能否成功地制成，...

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