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一、正極材料：高容量與降低成本的發(fā)展路徑

    國內(nèi)正極技術(shù)成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)鈷酸鋰、錳酸鋰、三元鎳鈷錳、磷酸鐵鋰材料國產(chǎn)化，但隨著產(chǎn)能過剩和行業(yè)需求提升帶來的產(chǎn)品高能量高端化，企業(yè)毛利率開始下降，具體有四點(diǎn)：

    1、正極產(chǎn)能過剩，競爭激烈。

    今年正極材料企業(yè)還將處于去庫存狀態(tài)。中國正極材料企業(yè)大約20多家，與需求增長相比總體產(chǎn)能嚴(yán)重過剩，今年行業(yè)繼續(xù)洗牌，競爭格局將開始分化。

    2010年國內(nèi)正極需求1.72萬噸/年，主要企業(yè)生產(chǎn)2.2萬噸（5大龍頭企業(yè)產(chǎn)銷都在3000噸以上，占據(jù)75%的市場份額），30%以上出口。中國產(chǎn)銷占全球30%左右。從2011年國內(nèi)主要國內(nèi)正極材料企業(yè)產(chǎn)能看到，國內(nèi)產(chǎn)能6.5萬噸已經(jīng)可以滿足全球需求，嚴(yán)重過剩。

    2、正極毛利率下降趨勢年內(nèi)或?qū)⑵蠓€(wěn)。

    正極毛利率下降的主要原因是競爭加劇產(chǎn)能過剩和原材料鈷成本上升。鈷價格今年有望企穩(wěn)。

    3、正極今年的機(jī)會在于鈷系高容量和動力上低成本。

    鈷酸鋰材料高容量是趨勢，而三元、或者兩元+錳系材料的電動工具與玩具市場由于需求穩(wěn)定，降低成本將成為趨勢。

    4、對大部分正極材料企業(yè)，短期切換高容量客戶難度較大。

    給高容量供貨難度大原因在于高容量電池材料需要電池廠認(rèn)證，而測試循環(huán)次數(shù)等需要很長時間，在10月以上。

表1    中國正極材料需求占全球30%左右
 

正極材料用量測算	2009年	2010	2011	2012E	2013E	2014E	2015E
全球鋰電池需求：億WH	155.75	192.61	246.28	328.67	432.06	541.90	659.79
中國鋰電池需求：億WH	53.43	68.67	84.05	108.40	135.91	167.87	202.85
全球正極需求量測算：萬噸	3.89	4.82	6.16	8.22	10.80	13.55	16.49
中國正極需求量測算：萬噸	1.34	1.72	2.10	2.71	3.40	4.20	5.07
全球正極市場規(guī)模：億元	58.4	72.23	92.4	123.3	162.0	203.2	247.4
中國正極市場規(guī)模：億元	20.0	25.75	31.5	40.6	51.0	63.0	76.1

資料來源：中機(jī)院機(jī)電市場研究所整理
 

表2    國內(nèi)正極材料企業(yè)產(chǎn)能與銷量（產(chǎn)能嚴(yán)重過剩）

序號	公司	成立時間	2011產(chǎn)能(噸/年)	產(chǎn)能內(nèi)部結(jié)構(gòu)	份額
1	湖南瑞翔	2001	5000	鈷酸鋰4000噸，三元與錳酸鋰合計1000噸	13%
2	北京當(dāng)升	2001	8000	鈷酸鋰5650噸，三元1750噸，錳酸鋰900噸	18%
3	北大先行	1999	6000	鈷酸鋰3000噸，磷酸鐵鋰積極布局	13%
4	深圳市天驕	2004	4500	三元2400噸，錳酸鋰2000噸，磷酸鐵鋰150噸	13%
5	湖南杉杉戶田	2003	5000	鈷酸鋰3000噸，錳酸鋰500噸、三元500噸	14%
6	中信國安盟固利	2000	2500	鈷酸鋰2000噸，錳酸鋰500噸，	7%
7	寧波金和	1996	7000	鈷酸鋰1500噸，三元4500噸，錳酸鋰與磷酸鐵鋰合計1000噸
8	天津巴莫	2002	2000	鈷酸鋰2000噸，三元100噸	5%
9	天津斯特蘭	2006	2000	磷酸鐵鋰2000噸	4%
10	常州博杰新能源	2003	3000	鈷酸鋰2000噸，三元600噸，磷酸鐵鋰400噸
11	湖南長遠(yuǎn)鋰科	2002	2000	鈷酸鋰1000噸，錳酸鋰500噸，三元500噸	4%
12	湖南有色	1958	600	鈷酸鋰600噸
13	西安物華	2005	4500	鈷酸鋰4500噸
14	深圳源源新材料	2001	1200	錳酸鋰1200噸
15	廣州鴻森材料	2002	2000	鈷酸鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰合計2000噸
16	國內(nèi)其他		10000	鈷酸鋰、三元、磷酸鐵鋰、錳酸鋰
17	國內(nèi)合計		65650

資料來源：中機(jī)院機(jī)電市場研究所整理
 

圖1    2011年全球各正極材料出貨量占比

 資料來源：中機(jī)院機(jī)電市場研究所整理

    技術(shù)方面，就目前關(guān)注度很高、技術(shù)門檻也很高的磷酸鐵鋰材料而言，國內(nèi)天津斯特蘭僅用很短的時間就成功切入。為解決磷酸鐵鋰導(dǎo)電性差的問題，世界主要公司采取的辦法各有不同：美國A123 公司采用納米技術(shù)以及離子摻雜改性磷酸鐵鋰技術(shù)來提高導(dǎo)電性；加拿大Phostech 公司采取在粉體顆粒表面以碳元素涂布，同時摻雜Mn、Ni、Ti 等元素來增加導(dǎo)電性；臺灣立凱電能則采取以氧為共價鍵的、與金屬氧化物共晶的磷酸鐵鋰晶核技術(shù)。A123 和Phostech的辦法雖然有效，但成本較高。天津斯特蘭發(fā)明金屬摻雜形成的氧空位復(fù)合技術(shù)，不僅使導(dǎo)電性明顯提高，更是簡化了工藝流程，降低了成本。這項(xiàng)獨(dú)特的技術(shù)使得沒有多少資本的、2007 年02 月才正式成立的斯特蘭迅速發(fā)展了起來。

表3    磷酸鐵鋰正極材料專利比較：

公司	原材料	制程	材料結(jié)構(gòu)	結(jié)構(gòu)量測方式
H-Q(德大)	1.Li2CO3	1.鍛燒溫度: 800oC	LiFePO4	橄欖球型之判斷：
	2.Fe{CH2COOH}2	2.鍛燒環(huán)境:氬氣環(huán)境	規(guī)則橄欖石	XRD (X-射線繞射)量測晶體結(jié)構(gòu)
	3.NH4H2PO4
美國A123(MIT)	1.Li2CO3	1.鍛燒溫度:800oC	LiFe0.9Nb0.1PO4	Doped 材料結(jié)構(gòu)判斷：
	2.NH4H2PO4	2.鍛燒環(huán)境:氬氣環(huán)境(Doped 制程)	規(guī)則橄欖石	1.TEM 晶像圖
	3.FeC2O42H2O			2.導(dǎo)電度量測:
	4.Nb(OC6H5)			10-8提升 至10-2(s/cm)
美國Valence	1.Li2CO3	1.鍛燒溫度:750oC	LiFe0.9Mg0.1PO4	橄欖球型之判斷：XRD (X-射線繞射)量測晶體結(jié)構(gòu)
	2.FePO4	2.鍛燒環(huán)境:氬氣環(huán)境(Metal mixed 制程)	規(guī)則橄欖石
	3.Mg(OH)2
	4.(NH4)2HPO4
	5.Carbon
臺塑長園	1.Li2CO3	制造:LiM(PO4)0.95	LiFe(1-x)MgxP(1- x)O2(2-x)	1.橄欖球型之判斷：XRD (X- 射線繞射)量測晶體結(jié)構(gòu)
	2.Fe2O3	M=(Fe+Ni+Mg)	0.01<x<0.3 缺陷橄欖石(Fe+M):PO4= 1:0.7~0.99	2.缺陷之判斷：ICP-OES(電漿放射光譜儀) 分析Li, Fe, Mg, Ni, P 之組成
	3.H3PO4	1.鍛燒溫度:600oC
	4.Carbon	2.鍛燒環(huán)境: 一般大氣環(huán)境

資料來源：中機(jī)院機(jī)電市場研究所整理
 

圖2    磷酸鐵鋰掃描電鏡、和規(guī)則橄欖石和缺陷橄欖石結(jié)構(gòu)

資料來源：中機(jī)院機(jī)電市場研究所整理

 
二、負(fù)極材料：競爭還不那么激烈，可保持較高毛利

    1、負(fù)極技術(shù)發(fā)展

    目前已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的負(fù)極材料只有碳材料和鈦酸鋰，其中鈦酸鋰材料剛開始應(yīng)用。負(fù)極材料的開發(fā)方向是低成本高容量，研發(fā)人員熱衷于尋找比容量高、容量衰減率小、安全性能好的負(fù)極材料，能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，取決于材料所用的資源儲量是否豐富。

    依照鋰離子向碳材料的嵌入反應(yīng)特性，一般將碳材料分為石墨、軟碳（焦炭）和硬碳三類。石墨分為天然石墨和人造石墨，天然石墨又分為鱗片石墨和無定形石墨（又稱微晶石墨）。目前選擇石墨作負(fù)極材料的鋰電池企業(yè)越來越多，特別是改性的天然石墨，總體來說，石墨負(fù)極材料的用量現(xiàn)在已經(jīng)超過了焦炭和MCMB。

    2、中間相碳微球（MCMB）

    焦炭是經(jīng)液相碳化形成的一類碳素材料，焦炭材料的理論電化學(xué)容量為186mAh/g，這在一定程度上制約了電池容量和能量密度的提高。因此，在焦炭材料的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了中間相碳微球（MCMB）。MCMB 是由日本大阪煤氣公司最先開發(fā)、生產(chǎn)，用于鋰電池負(fù)極材料的。MCMB 是焦油瀝青在400～500℃加熱成熔融狀態(tài)時沉淀出的微球，再在700～1,000℃熱處理后可用作電池的負(fù)極材料。若再進(jìn)一步提高熱處理溫度，可制備石墨化的MCMB。目前MCMB 是長壽命小型鋰電池及動力電池所使用的主要負(fù)極材料之一，此類碳材料所存在的主要問題是比容量不太高，價格也較貴。杉杉股份是目前MCMB 產(chǎn)量最大的中國企業(yè)，其MCMB 材料的研究開發(fā)曾列為國家863 高科技研究發(fā)展計劃項(xiàng)目。深圳貝特瑞收購天津鐵誠后，也擁有了生產(chǎn)MCMB 的能力，完善了其負(fù)極材料產(chǎn)品供應(yīng)體系。

    總體來說，目前商業(yè)化碳負(fù)極材料存在的主要問題是：理論比容量為372mAh/g，實(shí)際比容量提高空間較小；嵌鋰后會形成SEI 膜，造成可逆容量的損失；碳電極的性能容易受制備工藝的影響；碳電極電位與金屬鋰電位接近，在大電流充電下，碳負(fù)極表面易析出金屬鋰，而造成電池短路，從而導(dǎo)致安全隱患等。隨著人們對鋰電池性能的要求越來越高，特別是動力鋰電池對安全性能的要求很高，發(fā)展到一定階段后，碳負(fù)極材料可能難以滿足實(shí)際需求。因此，在對碳材料進(jìn)一步研究開發(fā)的同時，研究人員還在研究開發(fā)非碳負(fù)極材料，目前的研究方向主要有氧化物負(fù)極材料、鋰合金類負(fù)極材料以及復(fù)合負(fù)極材料。

    3、鈦酸鋰（Li4Ti5O12）是氧化物負(fù)極材料的一種。

    鈦酸鋰具有尖晶石結(jié)構(gòu)，充放電曲線平坦，理論比容量為175mAh/g（實(shí)際比容量150～160mAh/g），具有非常好的耐過充、過放特征，充放電過程中晶體結(jié)構(gòu)幾乎無變化（零應(yīng)變材料），循環(huán)壽命長，充放電效率近100%。披露的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，鈦酸鋰充放電時，首次嵌鋰比容量達(dá)到300mAh/g，可逆比容量為100mAh/g，多次充放電循環(huán)后其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定不變。較之于碳材料，鈦酸鋰雖然能量密度低，但電化學(xué)性能優(yōu)異，安全性也高，可滿足電動汽車對電源的一些特殊要求。

    鋰合金類負(fù)極材料的優(yōu)勢是具有很高的比容量，加工性能和導(dǎo)電性都很好，因此被認(rèn)為具有較大的發(fā)展?jié)摿?，目前研究主要集中在Sn 基、Si 基、Sb 基和Al 基合金材料。