鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈概述

　　鋰電池產(chǎn)業(yè)以電池生產(chǎn)為核心，上游主要包括生產(chǎn)鋰電池所需的正極材料、負(fù)極材料、電解液和隔膜四大支線產(chǎn)業(yè)鏈，下游為鋰電池使用企業(yè)，目前主要為各類(lèi)新能源車(chē)生產(chǎn)企業(yè)和消費(fèi)電子生產(chǎn)企業(yè)，其中又以新能源車(chē)占據(jù)大頭，未來(lái)隨著與新能源發(fā)電配套的儲(chǔ)能技術(shù)的大力發(fā)展，將形成新能源汽車(chē)、消費(fèi)電子、儲(chǔ)能技術(shù)三大下游產(chǎn)業(yè)。

　　一、正極材料

　　正極材料是鋰電池生產(chǎn)中核心部分之一，占鋰電池材料成本的三分之一左右，而電池又占新能源車(chē)成本的三分之一左右�？梢哉f(shuō)，正極材料決定著鋰電池的質(zhì)量與成本。接下來(lái)以新能源汽車(chē)所使用的鋰電池為例，分析正極材料的產(chǎn)業(yè)鏈情況。

　　根據(jù)正極材料的不同，鋰電池主要分為三元電池和磷酸鐵鋰電池兩類(lèi)，其中三元電池的正極材料使用鎳鈷錳酸鋰或鎳鈷鋁酸鋰，其中尤以鎳鈷錳酸鋰為主，具有能量密度高、續(xù)航能力強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，但也存在價(jià)格昂貴(含有鎳、鈷等稀有金屬)、安全性能相對(duì)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，目前更多的用于中高端車(chē)型，市場(chǎng)占比逐步下降，未來(lái)將向高鎳化趨勢(shì)轉(zhuǎn)型。磷酸鐵鋰電池的正極材料使用磷酸鐵鋰，具有價(jià)格更低、安全性能更佳、循環(huán)壽命更長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)，缺點(diǎn)在于續(xù)航能力一般，今年以來(lái)越來(lái)越受到市場(chǎng)的歡迎，新增裝機(jī)規(guī)模已超越三元電池，包括特斯拉在內(nèi)的高端電動(dòng)車(chē)都在推動(dòng)磷酸鐵鋰電池的使用。

　　1.三元正極材料

　　三元正極材料由三元前驅(qū)體和碳酸鋰或氫氧化鋰進(jìn)行火法固相反應(yīng)、經(jīng)過(guò)高溫?zé)�結(jié)而制成，其核心上游產(chǎn)業(yè)鏈為三元前驅(qū)體和碳酸鋰或氫氧化鋰。其中三元前驅(qū)體主要由硫酸鎳、硫酸鈷和硫酸錳混制而成，再往上就是各類(lèi)鎳、鈷、錳礦產(chǎn)資源;碳酸鋰和氫氧化鋰的上游又有所區(qū)分，其中碳酸鋰主要通過(guò)鹽湖提鋰技術(shù)制備，而氫氧化鋰根據(jù)使用原料的不同，主要分為“鋰輝石制備氫氧化鋰”和“鹽湖制備氫氧化鋰”兩種路線，鋰輝石可一步到位直接生產(chǎn)氫氧化鋰，鹽湖制備則需先產(chǎn)出工業(yè)級(jí)碳酸鋰后再苛化生產(chǎn)氫氧化鋰。

　　因此，三元正極材料的最上游是鋰、錳、鈷、鎳等各類(lèi)所需的礦產(chǎn)商，中游為三元前驅(qū)體生產(chǎn)企業(yè)和碳酸鋰、氫氧化鋰制備企業(yè)，最后是三元材料生產(chǎn)企業(yè)。

　　2.磷酸鐵鋰正極材料

　　制備方法是將鋰源、鐵源、碳源、磷酸根等原材料混合制備成前驅(qū)體后，再二次加工制成磷酸鐵鋰正極材料。上游主要為鋰、磷、鐵等相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)。

　　磷酸鐵鋰正極材料的制備主要有固相法和液相法。固相法工藝簡(jiǎn)單，是目前最成熟也是應(yīng)用最廣的磷酸鐵鋰合成方法，被多數(shù)磷酸鐵鋰生產(chǎn)企業(yè)所使用;液相法工藝難度大，目前僅有德方納米實(shí)現(xiàn)了工業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)。固相法和液相法由于工藝路線不同，對(duì)原料的要求也有所不同，但核心原材料是鋰、鐵、磷及相關(guān)的化工品。

　　1)鋰源：無(wú)論是液相法還是固相法均使用碳酸鋰作為鋰源。但液相法在使用中需將碳酸鋰溶解為硝酸鋰溶液。而固相法會(huì)直接使用碳酸鋰與其他原料混合，這樣碳酸鋰中的雜質(zhì)會(huì)直接進(jìn)入產(chǎn)品中，因此固相法對(duì)碳酸鋰的品質(zhì)要求更高。國(guó)泰君安預(yù)計(jì)，全球主要規(guī)劃鋰資源開(kāi)發(fā)進(jìn)度或難以匹配需求增長(zhǎng)的速度和量級(jí)，開(kāi)發(fā)進(jìn)度不確定性較高，2021 年至 2025 年，需求拉動(dòng)下，鋰行業(yè)供需或?qū)⒅鸩阶呦蚓o缺。

　　2)鐵源：液相法使用的鐵源為硝酸鐵，可通過(guò)鐵片與硝酸反應(yīng)制得。固相法則通常使用磷酸鐵，由于鈦白粉生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物硫酸亞鐵，可以用來(lái)制磷酸鐵，因此，鈦白粉企業(yè)生產(chǎn)磷酸鐵，相對(duì)于此前通過(guò)鐵礦石獲取鐵粉，然后與工業(yè)級(jí)硫酸發(fā)生置換反應(yīng)，最終制取到工業(yè)級(jí)的硫酸亞鐵的方式，更為簡(jiǎn)單輕巧且成本低廉。

　　3)磷源：液相法多使用磷酸一銨為原料。固相法通常使用磷酸鐵(湖南升華使用磷酸一銨)，間接來(lái)自于磷酸或磷酸一銨。由于磷礦石短缺和磷化工的擴(kuò)張政策限制，具有資源優(yōu)勢(shì)及已完成磷化工中上游產(chǎn)業(yè)鏈配置的企業(yè)長(zhǎng)期將充分受益。從短期來(lái)看，由于高純磷酸和工業(yè)一銨產(chǎn)能短缺，同時(shí)黃磷和磷肥轉(zhuǎn)產(chǎn)高純磷酸和一銨需要至少1.5-2年的擴(kuò)產(chǎn)周期，因此已具備相應(yīng)產(chǎn)能的企業(yè)將受益于磷酸鐵近期高需求下帶來(lái)的高彈性。

　　二、負(fù)極材料

　　鋰電池負(fù)極材料主要分為碳系材料和非碳系材料。碳系材料也稱(chēng)碳基材料，主要成分是碳元素的各種形態(tài)，也是目前鋰離子電池主要的負(fù)極材料。碳基負(fù)極按照成分又可以劃分為石墨負(fù)極和非石墨負(fù)極，非石墨負(fù)極包括軟碳和硬碳。非碳負(fù)極材料包括鋰金屬、氮化物、合金、鈦酸鋰等幾類(lèi)，由于金屬鋰會(huì)因?yàn)榉磸?fù)充電生成鋰枝晶造成短路或爆炸;鋰合金隨著循環(huán)次數(shù)增加儲(chǔ)鋰能力迅速下降;鈦酸鋰有高安全、高倍率、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，但是理論容量偏低，導(dǎo)電性能不佳，也不具備優(yōu)勢(shì)。目前硅基負(fù)極材料正在研發(fā)中，硅基材料有更高的能量密度，但是在充電過(guò)程體積膨脹，導(dǎo)致負(fù)極顆�；�，電池迅速衰竭。

　　天然石墨

　　天然石墨負(fù)極材料的上游原料來(lái)自天然石墨礦石，天然石墨礦石經(jīng)過(guò)浮選后得到鱗片石墨〔還包括一種微晶石墨)，浮選后的鱗片石墨經(jīng)過(guò)粉碎、球形化、分級(jí)處理，得到球形石墨，球形石墨再經(jīng)過(guò)固相或者是液相的表面包覆以及后續(xù)的一些篩分、炭化等工序，就變成了最終的改性天然石墨負(fù)極材料。

　　人造石墨

　　人造石墨負(fù)極材料是將針狀焦、石油焦、瀝青焦等原料在一定溫度下煅燒，再經(jīng)粉碎、分級(jí)、高溫石墨化制成，其髙結(jié)晶度是通過(guò)髙溫石墨化形成的。其上游原料來(lái)源于煤化工和石油化工加工的副產(chǎn)品，價(jià)格受到石油價(jià)格的波動(dòng)影響。一般來(lái)講，高能量密度的人造石墨負(fù)極材料主要使用針狀焦等作為原料，中低端負(fù)極材料則使用便宜一些的石油焦等。

　　三、電解質(zhì)

　　電解質(zhì)是鋰離子遷移和電荷傳遞的介質(zhì)，通常由鋰鹽溶質(zhì)、高純度有機(jī)溶劑、和必要添加劑在一定條件下按特定比例配置而成，是鋰電池獲得高電壓、高比能等優(yōu)點(diǎn)的保證。

　　(1)傳導(dǎo)鋰離子要求電解液具有高電導(dǎo)率，鋰鹽便成為了電解液的重要成分——溶質(zhì)，因?yàn)殇圎}在液體環(huán)境下能夠輕易電解出鋰離子。鋰鹽需要的液體環(huán)境便是另一重要成分——溶劑。目前市場(chǎng)上常用的溶質(zhì)集中于六氟磷酸鋰(LiPF6)，具備全方位的優(yōu)良性能和最強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力，而其他類(lèi)型的電解液溶質(zhì)如四氟硼酸鋰(LiBF4) 等商業(yè)化應(yīng)用較少。

　　(2)溶劑方面，傳統(tǒng)蓄電池均使用水作為電解液溶劑，但由于鋰電池放電電壓遠(yuǎn)高于水的電解電壓(1.2V左右)，有機(jī)溶劑成為產(chǎn)業(yè)化選擇。常用的溶劑有碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)等。國(guó)內(nèi)常用電解液體系有 EC+DMC、EC+DEC、EC+DMC+EMC、EC+DMC+DEC 等。

　　(3)電解液穩(wěn)定傳導(dǎo)的性能要求來(lái)自于第三大組成成分——添加劑。它主要包括了5項(xiàng)功能指標(biāo)：高工作電壓：它是鋰離子電池高能量密度的關(guān)鍵。較寬的可用溫度范圍。較好的阻燃性。電解液中可燃的有機(jī)溶劑是電池安全性的主要問(wèn)題。優(yōu)秀的成膜性能。添加劑對(duì)鋰電池正極、負(fù)極和隔膜成膜保護(hù)能有效提高鋰電池的循環(huán)性能。進(jìn)一步提高溶質(zhì)的導(dǎo)電率。電解液廠商根據(jù)不同的客戶(hù)需求選擇合適的添加劑。

　　四、隔膜

　　鋰電池的結(jié)構(gòu)中，隔膜是關(guān)鍵的內(nèi)層組件之一。隔膜的性能決定了電池的界面結(jié)構(gòu)、內(nèi)阻等，直接影響電池的容量、循環(huán)以及安全性能等特性，性能優(yōu)異的隔膜對(duì)提高電池的綜合性能具有重要的作用。

　　隔膜的基本作用是隔離開(kāi)正極和負(fù)極以防止電池短路，同時(shí)保證鋰離子在充電和放電期間能正常通過(guò)微孔通道以保證電池正常工作。目前，大規(guī)模商品化的鋰離子電池隔膜生產(chǎn)材料以聚烯烴為主，主要包括聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚乙 烯(PE)復(fù)合材料。

　　根據(jù)成膜工藝的不同可分為干法和濕法

　　干法：將隔膜原材料和成膜添加劑混合，通過(guò)熔融擠出的方法形成片晶的結(jié)構(gòu)，然后進(jìn)行退火處理而得到干法隔膜，代表企業(yè)有美國(guó)Celgard和日本的UBE。

　　濕法：利用熱致相分離的原理，將增塑劑如石蠟油一類(lèi)的物質(zhì)與聚烯烴樹(shù)脂混合熔融形成均勻的混合物，保溫一定時(shí)間用溶劑將增 塑劑從薄膜中萃取出來(lái)，從而制得相互貫通的亞微米尺寸的微孔膜材料，代表企業(yè)有日本旭化成、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所。