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展極大地帶動了我國鋰電池材料產業的發展。2017年，我國鋰電池的市場規模已經達到了1130億元左右，其中動力鋰電池規模大約600億元。目前我國電池生產企業已超過200家，是全球擁有鋰電池生產企業最多的國家。預計到2020年，我國在全球電池市場所占的份額將達七成以上。

在電池材料生產這一環節中，無論是上游的礦產資源，還是各種電池材料，我國均有優勢，且部分產品已經處于世界領先地位。相較于日本、韓國等國家，我國的低端鋰電池產品更有優勢，但在部分高端產品，尤其是事關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

電池級單水氫氧化鋰和電池級碳酸鋰可以作為生產鋰電池正極材料和電解質鹽六氟磷酸鋰的鋰源，四氧化三鈷用以生產正極材料，電池級氟化鋰主要用于生產電池級六氟磷酸鋰。六氟磷酸鋰是生產電解液的主要原材料，其占電解液成本的50%左右，目前全球范圍內只有我國和日本實現了六氟磷酸鋰的產業化。由于生產技術難度非常高，在國際上主要由關東電化學工業、SUTERAKEMIFA、森田化學等幾家日本企業壟斷，國內只有多氟多（002407）等少數企業能生產。

中國電動汽車百人會秘書長兼首席專家張永偉強調，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，在全球鈷儲量中我國僅占1%左右。隨著電動車產銷量的增長，上游資源瓶頸會越來越突出，需盡早規劃布局。此外，我國上游資源開發技術瓶頸也導致了資源自產率偏低，這也是影響上游材料價格的重要因素。

電極材料不斷涌現

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年兩種電池裝機占比合計達到93.3%。當前這兩種電池能量密度提升和成本下降還有一定空間，在產業中還有一段發展期。

目前，鋰電池中正極材料、負極材料、電解液、隔膜這4個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現國產化。最常見的負極材料為碳基負極材料，如人工石墨、天然石墨等，目前國內企業已經實現批量生產。電解液也已基本實現國產化，在高、中、低端市場，都可滿足我國鋰電池生產的需要，還有部分出口。

然而，能量密度已經接近其物理極限是鋰電池發展的瓶頸，需要新的材料或者技術去實現鋰電池能量密度的突破。提高能量密度的一種方法是開發充放電平臺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到900Wh/kg，成為研發熱點，但該材料在循環過程析氧，會產生安全隱患，循環壽命和倍率性能也偏低，仍需繼續研發。

另一種方法是提高傳統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鍵性作用，已成為近年來的研發重點。

在負級材料方面，鈦酸鋰的研發熱情較高，這緣于鈦酸鋰循環壽命長，可達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能領域。硅碳復合材料、石墨烯、碳納米管等負極材料也都有企業在研發。

隔膜技術含金量最高

隔膜是鋰電池材料中技術含量最高的高附加值材料，隔膜的性能優劣，直接影響電池的容量、壽命及安全性能。國內只有少數幾家公司能夠批量生產，且僅能用于中低端市場。國外企業如日本旭化成、韓國SK公司等國際巨頭基本壟斷了全球市場。

“隔膜主要材質為多孔質的高分子膜(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苛要求，其技術難點在于造孔的工程技術、基體材料以及制造設備，目前隔膜的價格差不多占到了電池總成本一成以上。”南開大學新能源材料化學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兩家日本公司，而國內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。

電池行業協會估算，我國未來每年高品質車用動力電池隔膜材料需求量將達到數億平方米。然而高端隔膜技術具有相當高的門檻，不僅要投入巨額資金，還需要有強大的研發和生產團隊、熟練的工藝技術和高水平的生產線。

周震認為，國內隔膜企業要想有更大作為，必須要在基礎材料表面處理工藝、膠黏劑配方工藝、產品沖壓拉伸等涉及材料、設備和工藝控制等三大領域發力。此外，在隔膜產業鏈上游，包括國產涂布機等在內核心生產裝備也需要迎頭趕上，盡快取得更大突破。