鋰離子電池行業的發展狀況(已修改)

　

【正文】 鋰離子電池行業的發展狀況作者：日期： 2008年鋰離子電池行業市場調研報告編寫：陳秋東報告目錄1．鋰離子電池概述 5 5 8 11 11 14全球鋰離子電池行業發展狀況 15 15 17 18 18 193．我國鋰離子電池行業發展狀況 20 21 21 22 23 244. 鋰離子電池原材料市場分析 25 25 25 28 28 29 33 33 35 36 36 37 38 39 40 40 41 41（一）鋰離子電池電解液概況 41（二）鋰離子電池電解液種類 42（三）全球鋰離子電池電解液發展現狀 43（四）國內鋰離子電池電解液發展現狀 45（五）國內電解液市場需求預測 46 475. 鋰離子電池原料礦資源分析 47 47 47 49 51 52 53 53 54 55 2008年鈷市展望 55 56 56 57 2008年鎳市展望 59 錳資源市場分析 60 60 中國錳礦進口情況 60、錳鐵市場供求狀況 61 市場前景展望 626. 鋰離子電池應用行業市場分析 63 63 64 65 67 697. 鋰離子電池行業發展前景 70 70 70 71 72圖表目錄圖11：鋰離子電池構成材料圖12：鋰離子電池正極構造圖13：鋰離子電池隔膜構造圖14：鋰離子電池負極構造圖15：圓柱型鋰離子電池外觀結構圖圖16：方型鋰離子電池外觀結構圖圖17：紐扣型鋰離子電池外觀結構圖圖18：鋰離子電池的充放電原理圖19：鋰離子電池應用領域圖21：20022007中國鋰離子電池產量及其增長趨勢圖31：20042007年中國鋰離子電池需求量發展趨勢圖32：20042008中國鋰離子電池產量發展趨勢圖33：20032006年中國鋰離子電池出口量發展趨勢圖51：近年世界鋰化學產品和鋰精礦產量變化圖52：2007年中國市場鈷消費結構圖53：19922007年中國鈷礦進出口量對比圖圖54：中國鎳礦資源結構圖圖55：中國鎳消費結構圖56：國際鎳市場消費結構圖57：2007年112月中國精煉鎳進口量統計圖58：近四年中國進出口錳礦數量變化圖圖59：中國錳系鐵合金產量、進出口量與錳礦進口量比較圖510：近三年中國錳合金產量消費圖圖61：20052007年我國每月新增手機用戶增長趨勢圖62：20052009年全球手機用鋰電池需求量圖63：全球NB出貨量及滲透率預測圖64：20052009年全球NB用鋰電池需求量圖65：全球電動工具電池消耗情況圖66：近幾年我國電動自行車電池產量與市場需求量增長情況圖67：20052010年全球電動自行車出貨量預估圖68：20052020年汽車用鋰離子電池市場規模預測圖69：20052020年汽車用鎳氫電池材料市場規模預測表11：各種電池性能對比表21：世界范圍內各種二次電池的應用情況表22：全球鋰電池重點廠商市場占有率表31：2007年鋰離子電池行業強14強企業表41：各種正極材料鋰電池的性能比較表42：國內鈷酸鋰主要生產企業及產能表43：主要負極材料性能對比表44：鋰離子電池隔膜的主要生產廠商及其主要產品表45：2007年國際鋰電池隔膜企業生產能力狀態表46：中國鋰電池隔膜生產能力狀況表47：鋰離子電池隔膜市場需求預測 表48：電解液材料組成表51：2006年世界鋰儲量和儲量基礎表52：2007年中國主要鈷廠產量表61：20072011年我國藍牙手機市場總量及市場份額預測表62：全球電動工具中用鋰電池取代鎳鎘電池需求量預估表63：幾種電動自行車常用電池性能對比表63：全球電動工具中用鋰電池取代鎳鎘電池銷售金額預估1．鋰離子電池概述所謂鋰離子電池實際上是一種鋰離子濃度差電池，正負兩極由兩種鋰離子嵌入化合物組成。充電時，鋰離子從正極脫嵌經過電解質嵌入負極，負極處于富鋰態，正極處于貧鋰態，同時電子的補償電荷從外電路供給到碳負極，保證負極的電荷平衡，放電時則相反，鋰離子從負極脫嵌，經電解質嵌入正極（這種循環被形象的稱為搖椅式機制）。在正常的充放電情況下，鋰離子在層狀結構的碳材料和層狀結構氧化物層間嵌入嵌出，因為過渡金屬氧化物如LiCoOLiNiO2中低自旋配合物多，晶格體積小，在鋰離子嵌入脫嵌時，晶格膨脹收縮性小，結晶結構穩定，因此循環性能好，而且充放電過程中，負極材料化學結構基本不變，因此從充放電反應的可逆性看鋰離子電池反應是一種理想的可逆過程。人們將這種靠鋰離子在正負極之間的轉移來完成電池充放電工作的，獨特機理的鋰離子電池形象地稱為“搖椅式電池”，俗稱“鋰電”。圖11：鋰離子電池構成材料鋰離子電池主要由七部分材料構成：（1）電池上下蓋 （2）正極——活性物質如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰及其復合氧化物、磷酸鐵鋰圖12：鋰離子電池正極構造（3）隔膜——：聚乙烯（ PE ）、聚丙稀（ PP ）等組成的一種單層或者多層特殊復合膜；圖13：鋰離子電池隔膜構造（4）負極——人造石墨系列、天然石墨系列、焦炭系列等等；圖14：鋰離子電池負極構造 （5）電解液——碳酸丙稀酯（ PC ）、碳酸乙烯酯（ EC ）、二甲基碳酸酯（ DMC ）、二乙基碳酸酯（ DEC ）、甲基乙基碳酸酯（MEC）等組成的一元、二元或者三元的混合物。l 性質： 無色透明液體，具有較強吸濕性。l 應用： 主要用于可充電鋰離子電池的電解液，只能在干燥環境下使用操作（如環境水分小于20ppm的手套箱內）。l 規格： 溶劑組成 DMC:EMC:EC =1:1:1 （重量比）LiPF6濃度 1mol/ll 質量指標： 密度（25℃）g/cm3 177。 水分（卡爾費休法） ≤20ppm 游離酸（以HF計） ≤50ppm 電導率（25℃） 177。 ms／cm（6）粘結劑（7）外殼五金件（鋁/塑殼、蓋板、極耳、絕緣片）根據鋰離子電池所用電解質材料不同，鋰離子電池可以分為液態鋰離子電池（lithium ion battery，簡稱為LIB）和聚合物鋰離子電池（polymer lithium ion battery，簡稱為LIP）兩大類。兩種電池所用的正負極材料是相同的，電池的工作原理也基本一致。它們的主要區別在于電解質的不同, 鋰離子電池使用的是液體電解質, 而聚合物鋰離子電池則以聚合物電解質來代替, 這種聚合物可以是“干態”的，也可以是“膠態”的，目前大部分采用聚合物膠體電解質。表11：液態與聚合物鋰離子電池各項參數對比液態鋰離子電池由于工藝上的原因，厚度很難降低，一般做到56mm的多，再想做薄就比較困難了。新一代的聚合物鋰離子電池在聚合物化的程度上已經很高，所以形狀上可做到薄形化（）、任意面積化和任意形狀化，大大提高了電池造型設計的靈活性，從而可以配合產品需求，做成任何形狀與容量的電池。此外聚合物鋰離子電池比液態鋰離子電池電池在使用安全性和充電特性上都更好。在許多情況下，電池上標注了Liion的，一定是鋰離子電池，但不一定就是液態鋰離子電池，也有可能是聚合物鋰離子電池。按照鋰離子二次電池的外觀分類，目前市場鋰離子電池主要可以分為：圓柱體鋰離子電池，方型形鋰離子電池，紐扣型鋰離子電池。圓柱體結構一般為液態鋰離子電池所采用，也是最古老的結構之一。偶爾在較早的手機上還能找到它的影子。目前大多數用在筆記本電腦的電池組里面。方型鋰離子電池形態現在越來越普遍, 廣泛的應用在各個移動電子設備、及動力系統的電池組里面。紐扣型可充電的鋰離子電池不常見，容量不大在幾個到幾十mAh之間，應用領域也不廣泛。類似的產品都是采用一次性的鋰電池或黃金電容。圖15：圓柱型鋰離子電池外觀結構圖圖16：方型鋰離子電池外觀結構圖圖17：紐扣型鋰離子電池外觀結構圖根據鋰離子電池所用正極材料不同，鋰離子電池可以分為鈷酸鋰電池、鎳酸鋰電池、錳酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池以及二元/三元聚合物鋰電池，各種電池性能各有千秋，其中鎳酸鋰電池由于制備難度大且仍有很大安全隱患只能作為一種過渡電池，在小型鋰離子電池當中目前占市場主導地位的仍然是鈷酸鋰電池，未來將逐漸被二元/三元聚合物鋰電池替代，在高倍率動力鋰離子電池領域，目前以錳酸鋰電池為主，而代表未來的發展方向則是磷酸鐵鋰電池。鋰離子電池的工作原理就是指其充放電原理。當對電池進行充電時，電池的正極上有鋰離子生成，生成的鋰離子經過電解液運動大盤負極。而作為負極的碳呈層狀結構，它有很多微孔，到達負極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中，嵌入的鋰離子越多，充電容量越高。同樣道理，當對電池進行放電時（即我們使用電池的過程），嵌在負極碳層中的鋰離子脫出，又運動回到正極。回到正極的鋰離子越多，放電容量越高。我們通常所說的電池容量指的就是放電容量。不難看出，在鋰離子電池的充放電過程中，鋰離子處于從正極→負極→正極的運動狀態。如果我們吧鋰離子電池形象地比喻為一把搖椅，搖椅的兩端為電池的兩級，而鋰離子就像優秀的運動健將，自愛搖椅的兩端來回奔跑。所以，鋰離子電池又叫搖椅式電池。圖18：鋰離子電池的充放電原理鋰離子電池具有以下優點：（1），是鎳鎘電池，鎳氫電池的3倍，鉛酸電池的近2倍，這也是鋰電池比能量高的一個重要原因。因此組成相同電壓的動力電池組時，鋰電池使用的串聯數目會大大少于鉛酸電池和鎳氫電池。如果動力電池中單體電池數量越多，電池組中單體電池的一致性要求就越高，壽命就越不好做，在實際使用過程中電池組有問題分析后，一般是其中一、兩個單體電池出問題然后導致整組電池出現問題，因此不難理解為什么48V的鉛酸電池比36V的鉛酸電池反饋要高，從這個角度上講鋰電更適合動力電池的使用。例如36V的鋰電只需要10個單體，而36V鉛酸電池需要18個單體電池，即3只12V的電池組，而每只12V的鉛酸電池有六個單格即六個單體電池組成。（2）重量輕，比能量大，高達150Wh/Kg，是鎳氫電池的2倍，鉛酸電池的4倍，因此重量是相同能量的鉛酸電池的三分之一到四分之一，從這個角度講鋰電消耗的資源就少，而且由于錳酸鋰電池中所用元素的儲量比較多，因此相對鉛酸、鎳氫電池可能會進一步漲價，鋰電池成本反而是進一步降低的。，鉛酸電池的重量為1220公斤，鋰電重量約為鉛酸電池的四分之一到三分之一，比鉛酸電池輕約10公斤（36V，10Ah電池），電池重量減輕了70％，整車總重量至少減輕了20％。加上一般鋰電車都是簡易款的電動自行車，由于電池和整車輕，相同電壓、相同容量的電池行駛里程更長，普通的電動車重量在40公斤以上，而鋰電池電動自行車重量在7到26公斤之間。女士和老年人都可以輕易搬動，人力騎行也十分輕便，運動休閑兼得。（3）體積小，高達到400Wh/L，體積是鉛酸電池的二分之一到三分之一。提供了更合理的結構和更美觀的外形的設計條件、設計空間和可能性。現階段由于鉛酸電池體積、重量的限制，設計師們的設計思想受到極大約束，導致現階段的電動自行車在結構和外觀上“千車一面”、雷同相似、單調劃一。而鋰離子電池的使用，給設計師們提供了展示設計思想和設計風格的更大空間及條件。當然同時也導致電動自行車用鋰電池尺寸多種多樣，不利于鋰動力電池行業的發展。鋰動力電池行業也需要盡快制定電動自行車用鋰離子電池國家標準，加速在電動自行車領域鋰電對鉛酸電池的替代。當然目前鋰電池是在不斷發展過程中的不同材料、不同工藝電池的體積有很大的差別，如何統一也是一個難點。（4）循環壽命長，循環次數可達1000次。以容量保持60%計，電池組100%充放電循環次數可以達到600次以上，使用年限可達35年，壽命約為鉛酸電池的兩到三倍。隨著技術的革新，設備的提高，電池的壽命會越來越長，性價比會越來越高。（5）自放電率低，每月不到5%。（6）允許工作溫度范圍寬，低溫性能好，鋰離子電池可在20℃～+55℃之間工作，尤其適合低溫使用，而水溶液電池(比如鉛酸電池、鎳氫電池)在低溫時，由于電解液流動性變差會導致性能大大降低。（7）無記憶效應，所以每次充電前不必像鎳鎘電池、鎳氫電池一樣需要放電，可以隨時隨地的進行充電。電池充放電深度，對電池的壽命影響不大，可以全充全放，我們循環測試就是全充全放的。（8）特別適合用于動力電池，除了鋰離子電池電壓高之外，由于鋰離子動力電池組的保護板能夠對每一個單體電池進行高精度監測，低功耗智能管理，具有完善的過充電、過放電、溫度、過流、短路保護、鎖定自恢復功能以及可靠的均衡充電功能，大大的延長了電池的使用壽命。而其他類型電池（比如鉛酸電池）在使用過程中由于電池一致性、充電器等問題，易產生電池過充、過放等問題（由于成本等各方面的原因，鉛酸電池組內不能對每一個單體電池進行監測和保護）。（9）無污染，鋰電池中不存在有毒物質，因此被稱為“綠色電池”，國家重點扶持。而鉛酸電池和鎘鎳電池由于存在有害物質鉛和鎘，國家必然會加強監管和治理（鉛酸電池出口退稅的取消，鉛資源稅的增加，鉛酸電動自行車出口的受限），相應企業的成本也會增加。雖然鋰電池沒有污染，但從資源節約的角度考慮，鋰電池的回收，回收中的安全性，回收的成本也都需要考慮。鋰離子電池也存在著一定的缺點，如：（1）電池成本較高。相同電壓和相同容量的