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中国锂电池行业分析第一章锂电池相关概念1111锂电池的定义及分类2222锂离子电池的结构与特性第二章锂电池材料发展概况1111正极材料2222负极材料3333电解液4444隔膜5555锂电池材料发展分析第三章新能源汽车动力锂电池产业发展分析1111各类动力电池发展现状2222车用锂电池产业发展分析第四章深圳锂电池产业发展分析1111深圳锂电池产业的地位2222比亚迪车用电池第五章锂电池行业发展前景预测1111动力锂电池产业链概述2222新能源汽车拉动的锂电池材料需求预测3333动力锂电池行业发展前景第一章锂电池相关概念一、锂电池的定义及分类1、锂电池的定义锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：Li+MnO2=LiMn2该反应为氧化还原反应，放电。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。但现在锂电池已经成为了主流。2、锂电池的分类锂电池也分为两大类：不可充电的及可充电的两类。不可充电的电池称为一次性电池，它只能将化学能一次性地转化为电能，不能将电能还原回化学能（或者还原性能极差）。而可充电的电池称为二次性电池（也称为蓄电池）。它能将电能转变成化学能储存起来，在使用时，再将化学能转换成电能，它是可逆的。锂原电池是不能充电重复使用的，二次电池是可以多次充放电使用的。锂原电池主要有锂锰电池、锂硫电池、锂亚硫酰氯电池、锂硫酰氯电池等。手表、计算器、计算机主板CMOS中用到的3V锂电池，主要是锂锰电池。而通常所说的锂电池，如手机锂电池，笔记本锂电池，属于锂二次电池。锂二次电池中最常见，也是应用最广泛的是锂离子二次电池，简称锂离子电池。二、锂离子电池结构与特性由于锂离子电池具备可反复充放电的性质，而且在其工作过程中碳排放为零，因此在日常生活中，特别是大型储能设备如车载用电池中得到广泛应用。另外，由于锂离子电池环保安全及循环使用的特点，在电动工具、电动车、路灯备用电源、大型电力储能设备以及手机、数码相机、笔记本计算机等电子产品中得到广泛应用，本文将重点着力于介绍锂离子电池。1、锂离子电池工作原理锂离子电池是指分别用二种能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池。充电时锂离子从正极化合物中脱出经过电解质嵌入负极，同时电子的补偿电荷从外电路供给到负极，保证负极电荷平衡；放电时则相反，锂离子从负极脱出，经过电解质嵌入正极。图1锂离子电池充放电原理锂离子电池根据不同的电子产品的要求可以做成扁平长方形、圆柱形、长方形及扣式，并且有由几个电池串联在一起组成的电池组。锂离子电池的额定电压为3.6V（有的产品为3.7V）。充满电时的终止充电电压与电池阳极材料有关：阳极材料为石墨的4.2V；阳极材料为焦炭的4.1V。不同阳极材料的内阻也不同，焦炭阳极的内阻略大，其放电曲线也略有差别。锂离子电池的终止放电电压为2.5V—2.75V（电池厂给出工作电压范围或给出终止放电电压，各参数略有不同）。低于终止放电电压继续放电称为过放，过放对电池会有损害。2、锂离子电池的构造锂离子电池在结构上主要有五大块：正极、负极、电解液、隔膜、外壳与电极引线。电池内部采用螺旋绕制结构，用一种非常精细而渗透性很强的聚乙烯薄膜隔离材料在正、负极间间隔而成。正极包括由钴酸锂（或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等）及铝箔组成的电流收集极。负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。电池内充有有机电解质溶液。另外还装有安全阀和PTC元件(正温度系数热敏电阻)，以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。单节锂电池的电压为3.7V（磷酸亚铁锂正极的为3.2V）。由于电池容量也不可能无限大，因此常常将单节锂电池进行串、并联处理，以满足不同场合的要求。以圆筒形锂离子电池为例，表面涂有活性物质的正负极与隔板组成的组件插入金属制电槽内。图形如下：1、正极正极物质在锰酸锂离子电池中以锰酸锂（LiMn2O4）为主要原料，在磷酸铁锂离子电池中以磷酸铁锂（LiFePO4）为主要原料，在镍钴锂（LiNiCoO2）或镍钴锂离子电池中以镍钴锂为主要材料，或以镍钴锰锂为主要原料（LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2）。在正极活性物质中再加入导电剂、树脂粘合剂，并涂覆在铝基体上，呈细薄层分布。2、负极负极活性物质是由碳材料与粘合剂的混合物再加上有机溶剂调和制成糊状，并涂覆在铜基体上，呈薄层状分布。3、隔板隔板或称隔离膜片，其功能起到关闭或阻断通道的作用，一般使用聚乙烯或聚丙烯材料的微多孔膜。所谓关闭或阻断功能是电池出现异常温度上升，阻塞或阻断作为离子通道的细孔，使电池停止充放电反应。隔板可以有效防止因外部短路等引起的过大电流而使电池产生异常发热现象。这种现象即使产生一次，就使电池不能使用。4、电解液电解液是以混合溶剂为主体的有机电解液。为了使主要电解质成分的锂盐溶解，必须具有高电容率，并且具有与锂离子相容性良好的溶剂，即不阻碍离子移动的低粘度的有机溶液为宜，而且在锂离子电池的工作温度范围内，必须呈液体状态，凝固点低，沸点高。电解液对于活性物质具有化学稳定性，必须良好适应充放电反应过程中发生的剧烈的氧化还原气氛。又由于使用单一溶剂很难满足上述严酷条件，因此电解液一般混合不同性质的几种溶剂使用。5、安全阀为了确保锂离子电池的使用安全性，一般通过对外部电路的控制或者在电池内部设有异常电流切断的安全装置。即使这样，在使用过程中也有可能因其他原因引起电池内压异常上升，这样，安全阀释放气体，以防止电池破裂。安全阀实际上是一次性非修复式的破裂膜，一旦进入工作状态，保护电池使其停止工作，因此是电池的最后的保护手段。3、锂离子电池的特性1、高能量密度锂离子电池比容量已达140mAh/g，是Ni/MH电池的1.5倍、Cd/Ni电池的3倍；在同等容量下锂离子电池的重量轻,其体积比能量是Ni/MH电池和Cd/Ni电池的1.5～2倍。2、工作电压高由于锂离子电池使用高电负性的含元素锂的电极，使其端电压高达3.6V，这一电压是Ni/Cd或Ni/MH电池电压的3倍。3、无污染，环保型锂离子电池中不含有镍、镉等有毒、有害物质，是绿色环保电池。4、循环寿命长锂离子电池的循环寿命可达1000多次，是Ni/Cd电池和Ni/MH电池的2倍。5、高负载能力锂离子电池可以大电流连续放电，从而使这种电池可被应用于摄象机、手提电脑等大功率用电器上。6、无记忆效应锂离子电池不存在Ni/MH电池和Ni/Cd电池的记忆效应，可以随时充放电。7、优良的安全性由于使用优良的负极材料，克服了电池充电过程中锂枝晶的生长问题，使得锂离子电池的安全性大大提高。同时采用特殊的可恢复配件，保证了电池在使用过程中的安全性。为了既发挥锂离子电池优点，也确保其安全性，必须对“过充电”、“过放电”、“过电流”、“异常高温”、“单电池之间性能差”等进行精密控制。为此，在电池组件中，设有电流传感器、各单电池电压传感器、各单电池温度传感器、电流电压稳定元件。并基于来自各种传感器的信息由控制器进行最优控制。第二章锂电池材料发展概况锂电池及其附属配件，占整车成本的30%-50%。目前，动力锂电池的成本大约为每千瓦时3000元～4000元。锂电池成本构成：①材料占整个电池70%，人工、水电20%，折旧10%。②原材料中，正极占30%-40%，隔膜占15%-30%，电解液占20%-30%，负极5%-15%。锂离子电池主要组成材料材料材料实例正极嵌锂过渡金属氧化物钴酸锂，锰酸锂，镍钴锰酸锂三元材料，磷酸铁锂负极电位接近锂电位的可嵌入锂人造石墨，天然石墨，石墨化碳材料，石墨化中化合物间相碳微珠和金属氧化物电解液LiPF6的烷基碳酸脂搭配高分子材料乙烯碳酸脂(EC),丙烯碳酸脂(PC)和低粘度二乙基碳酸脂(DEC)、碳酸二甲酯（DMC）等隔膜聚烯微多孔膜聚乙烯或聚丙烯微孔膜外壳金属钢、铝锂电池产业链成本及分布锂电池产业链分布原材料正极材料负极材料电解液隔膜锰酸锂正极钴酸锂正极正极-磷酸铁锂正极-三元化合物成本占比70%30%-40%5%-15%10%-30%，核心材料六氟磷酸锂占比50%15%~30%价格（市场预计）5万元/吨Li2CO3和LiOH等价钴价50万元/吨，含钴60%的钴18~30万元/吨18万元/吨3~12万元/吨电解液8-10万元/吨六氟磷酸锂30万元/吨8～15元/m2毛利（市场预计）50%10%-15%15-40%50%20%40%，六氟磷酸锂毛利率约60%70%锂电池相关上市公司中信国安90%盟固利年产2.5万吨90%盟固利500吨90%盟固利1500吨杉杉股份75%湖南杉杉500吨75%湖南杉杉4000吨75%湖南杉杉500吨200吨98.04%上海杉杉1500吨100%东莞杉杉3500吨中国宝安55%贝特瑞1500吨75%天骄科技1000吨55%深圳贝特瑞6000吨江苏国泰78.9%华荣化工5000吨36%亚源高新300吨六氟磷酸锂西藏矿业碳酸锂储量超200万吨佛塑股份48.125%金辉科技4500万平米一、正极材料：成本的关键因素，厂商竞争激烈锂离子电池的发展呈现一种多样化的形式，主要是因为采用的正极材料不一样，正极材料在锂电池中占较大比例（正负极材料的质量比为3:1-4:1），因此正极材料的性能基本决定了电池的性能。目前常用的正极材料主要有钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂四种。各种正极材料均有其优点，也存在不足，难说孰优孰劣。至于到底哪一种材料能够占据市场的主流，要靠性价比、安全性和资源的充足性来说话，首先取决于资源的充足性。钴酸锂是第一代商品化的锂电池正极材料，由于其加工性能好，材料结构稳定，循环性能好等优点，在通讯领域其统治地位目前还不能被取代，但钴酸锂最大的问题是价格昂贵，循环寿命短，安全性差，不适合做动力电池。锰酸锂在安全性比钴酸锂提高很多，但是深度充放电时候电池结构会发生改变，较差的高温循环性能使其在动力电池领域应用受到了一定的限制，不过通过改性可以使其高温性能极大改善。三元材料是融合了钴酸锂和锰酸锂的优点，但是仍旧没有解决过冲时候晶格畸变问题，三元材料的市场表现受制于钴酸锂，只有钴酸锂价格高到一定程度，三元材料才有市场。磷酸铁锂材料的成本较低，循环寿命长，而且高温下稳定性高，比较安全，但其电导率比较低，一般通过金属离子或者碳的掺杂提高其电导率。磷酸铁锂的出现是锂离子电池材料的一项重大突破，现已成为各国竞相研究的热点，目前磷酸正极材料被认为是最有发展前途的动力电池正极材料。正极材料中最适合用于动力电池的是磷酸铁锂。目前国内外已经能实现量产的合成方法均是高温固相法，高温固相法又分传统的（以天津斯特兰、湖南瑞翔、北大先行等为代表）和改进的（以美国威能、苏州恒正为代表，也称碳热法）两种。主要竞争来自于美国valence、美国A123公司，天津斯特兰、湖南杉杉、中国宝安。应用前景来看，目前各个国家动力电池各有侧重，日本以锰酸锂为主，日产Leaf、三菱I-MIEV都使用；美国则同时发展锰酸锂和磷酸铁锂，通用的volt就采用LG提供的锰酸锂电池，而fisker公司的产品则会使用A123的高性能磷酸铁锂电池；我国目前以比亚迪为首的企业主推磷酸铁锂电池，应用车型包括F3低碳版、E6等。锂电池正极材料性能对比正极材料钴酸锂LiCoO2锰酸锂LiMn2O4三元材料（镍钴锰酸锂）LiNiCoMnO2磷酸亚铁锂LiFePO4正极材料显微图振实密度（g/cm3）2.8~3.02.2~2.42.0~2.31.0~1.4比表面积（m2/g）0.4~0.60.4~0.80.2~0.412~20工作电压/V3.63.83.73.4材料电容量150110160-190160/(mAh/g)质量比能量/(wh/kg)180100170130理论能量密度（mAh/g）274148/LiMn2O4，286/LiMnO2278170实际能量密度（mAh/g）135～140LiMn2O4100～120，LiMnO2200155～165