电池材料关键技术
五大电池材料
正极、负极、电解液、锂电铜箔、隔膜是锂电池主要直接材料。
2015-2021年中国五大关键电池材料市场占比变化
数据来源：EVTank
正极材料是最主要的材料成本，占比约55%。锂离子电池主要以正极材料不同分为磷酸铁锂电池和三元电池，动力电池二者均有，储能电池目前国内几乎均为磷酸铁锂电池。
负极材料占总成本约14%，包括人造石墨和天然石墨。人造石墨可用于动力电池和储能电池，而天然石墨多用于消费电池。
电解液占总成本约13%，其主要成分为溶质、溶剂和添加剂。溶质包括LiPF6和新型锂盐LiFSI，是主要成本来源。溶剂以环状碳酸酯和链状碳酸酯为主，包括PC、EC、DMC、DEC和EMC等，添加剂主要用于成膜、过充保护、耐低温、阻燃、提升倍率等，常见产品包括VC、FEC、PS、LiBOB、DTD、LiDFOB等。
锂电铜箔为电解铜箔，成本占比约8%。锂电铜箔用于锂电负极集流体。
隔膜占总材料成本的4%，分为湿法隔膜和干法隔膜。湿法隔膜的主要成本为PE、干法隔膜主成分为PP。
2021年锂离子电池材料市场结构估算
数据来源：EVTank
锂电池的上游原材料主要包括各类矿产，包括锂矿，镍矿，钴矿，锰矿，铁矿等金属资源以及石墨矿、硅、磷酸盐等非金属矿产资源，冶炼出来电池原材料，主要包括正极材料，负极材料，隔膜、电解液、锂电铜箔等。
电池材料产业链全景图
电池材料上游矿产资源中钴、镍、锂依赖海外进口。中国正极/负极/电解液/隔膜等电池材料的全球市占率分别为55%/92%/86%/73%，但中国的关键基础材料钴、镍、锂仅占全球储量的1.95%/1.57%/6.31%，钴/镍/锂依赖进口。随着新能源汽车需求快速增长，钴/镍/锂市场景气度较高。
01
正极材料
磷酸铁锂2021-2022年供应偏紧，产能扩张速度加快，2023-2025年存在结构性过剩风险。预计2022年国内磷酸铁锂出货约为95万吨，而年初产能分别为94万吨，产品供给偏紧张。随着2023年磷酸铁锂产能快速释放，产能存在结构性过剩风险。
2021-2025年中国磷酸铁锂材料企业产能规划及需求量预测（万吨，不完全统计）
三元材料2022年-2025年供应均偏紧，三元材料企业产能扩张谨慎。预计2022-2025年国内三元材料出货量分别预测为62/88/123/170万吨，而各年年初产能分别为62/100/125/155万吨，产能供给均较为紧张。
2021-2025中国三元材料产能规划及需求量预测（万吨，不完全统计）
磷酸铁锂朝着高压实、低温性能、高能量密度方向发展。
磷酸铁锂材料性能已接近理论瓶颈，材料本身性能难以大幅提升；目前正在发展低成本长循环的磷酸铁锂正极材料。目前正在开发材料包括高压实密度、快充、高能量密度材料（如磷酸锰铁锂)。
三元材料向着高镍、低钴（无钴）、单晶、四元等方向发展，还向着包覆和掺杂，固态锂电材料、富锂锰基正极材料等技术发展探索方向，以期进一步提升电池的能量密度和快充性能。
02
负极材料
2021-205年石墨负极产能均相对紧张。2021-2025年石墨负极需求量分别预计为78/109/146/196/270万吨，而当年年初产能分别为53/81/133/213/259万吨。
2020-2025年中国负极材料企业产能规划及需求量预测（万吨，不完全统计）
人造石墨负极是主流负极材料，占据总体市场80%以上市场份额，且市场占比仍在提升。
负极材料细分产品占有率
硅基材料结合了碳材料高电导率、稳定性及硅材料高容量优点，成为当前动力电池提容最佳之选。在动力领域将5%-10%的氧化亚硅和石墨复合，3C领域将纳米硅与石墨复合，可使电池能量密度提升5%-10%。
目前硅基材料主要以添加剂形式与人造石墨掺杂，主要应用于圆柱动力电池，产品出口较多。由于硅基材料技术不成熟，硅体积膨胀问题未解决，制备工艺难度大非标准，价格贵，目前主要应用于高端圆柱动力电池。
硅基材料优劣势总结
03
电解液
新建电解液产能规模较大，短期内存在结构性过剩风险。2022-2023年产能快速扩张，电解液供应缓解。2024-2025年企业产能存在结构性过剩风险。
2020-2025中国电解液产能及需求量（万吨）
（不完全统计）
新型锂盐未来具有稳步提升可能性。目前应用较多的新型锂盐为双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）。
新型锂盐和添加剂能有效改善电池循环和高低温性能，是电解液产品差异化发展的主要策略。
LiPF6短期内仍是最主要锂盐，但LiFSI等新型锂盐渗透率有望逐步提升。LiPF6存在热稳定性差，对水分敏感，易生成HF等问题，因此开发新型锂盐成为电解液研发重要方向，LiFSI具有高低温性能好、热稳定性好等优点，目前正在快速发展中。
新型锂盐分析
新型添加剂开发和配方将成为企业核心竞争力和持续盈利能力的关键。随着锂电池往高电压、高镍化等方向发展，所需电解液配方，尤其是添加剂使用将越来越复杂，添加剂少量使用即可显著提升电解液性能，因此性价比很高，未来将是进一步提升企业竞争力、提高产品附加值的关键所在。
新型添加剂分析
04
锂电铜箔
锂电铜箔需求未来年均复合增长超过25%，2022-2024年存在结构性过剩风险。随着动力电池需求量的快速增长，锂电铜箔总出货量将大幅增长。
2020-2025中国锂电铜箔出货量及预测（万吨）（不完全统计）
锂电铜箔极薄化方向明确，即通过压缩体积的方式提升电池的能量密度。目前6um占据市场主流，诺德股份、德福科技等少数企业已向头部电池企业小批量供货4.5um铜箔产品，其他如龙电华鑫、嘉元科技、中一科技、铜冠铜箔等也加快4.5um铜箔研发量产化步伐。
极薄铜箔的占比呈上升态势
PET铜箔生产工艺是在厚度3.5-6μm的PET塑料薄膜表面采用磁控溅射或真空蒸镀的方式，制作一层50-80nm的金属层，然后通过水电镀的方式，将金属层加厚到1μm，制作总厚度在5.5-8μm的复合金属箔，来替代6-8μm的传统金属箔。其优势是能提升能量密度（5%-10%）、提高安全性（阻燃结构），劣势是制造成本升高（70%成品率、制程增加真空磁控溅射或真空蒸镀）、内阻增大（限制高倍率充放电）。
PET铜箔与传统铜箔对比
05
隔膜
隔膜分为湿法隔膜和干法隔膜，湿法隔膜凭借轻薄、低自放电等优势占据市场主体地位。湿法隔膜厚度低于干法隔膜，有利于提升电池能量密度。干法隔膜主要优点是低成本、耐过充和高安全性。
2021年湿法隔膜市场集中度上升，TOP3占比78%，主要系湿法隔膜企业下半年头部企业新产线投产，带动出货量上升。
2020-2022年中国湿法隔膜和干法隔膜产能及需求量（亿平方米，不完全统计）
隔膜因其基材、涂布浆料及工艺难度较高而具有高进入壁垒，其难度主要来自原料选择和配比、隔膜设备及精确控制技术，其中新型隔膜基材和涂覆隔膜成为重点研发方向。
新型隔膜基材，提高电池倍率和安全性。聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）是隔膜的主要基体材料，但在接近熔点时均会因熔化而收缩变形，导致正负极接触短路，存在电池燃烧或爆炸危险。正在发展以聚酰亚胺（PI）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、间位芳纶（PMIA）、聚偏氟乙烯（PVDF）、聚对苯撑苯并二唑（PBO）等合成材料制备无纺布新型隔膜基材。
湿法涂覆提质增效，涂覆能提高电池耐温性、安全性，纵向一体化是隔膜企业发展大趋势，基膜可发挥规模优势，涂覆膜可发挥差异化优势。湿法隔膜涂覆材料以氧化铝涂层为主，同时并存着PVDF涂层、PVDF/氧化铝混合涂层、氧化铝+PVDF叠加复合涂层、勃姆石、芳纶、纳米复合材料等涂层品类。
中国主要隔膜厂商主要技术发展进展
来源：能源电力说
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原文始发于微信公众号（锂电产业通）：电池电芯材料关键技术介绍！
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