動力電池是影響我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素之一，經(jīng)過行業(yè)十余載的探索和努力，我國動力電池產(chǎn)業(yè)取得了一定的成果。本文將從動力電池正負極材料和隔膜制備角度，嘗試解析我國動力電池的現(xiàn)狀和未來趨勢。

　　正極材料：三元材料市場占比提升，高鎳是未來發(fā)展主流趨勢

　　正極材料是動力電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)突破方向，從磷酸鐵鋰、三元再到高鎳三元，動力電池的能量密度得到了不斷的提升。另外，在電池生產(chǎn)成本構(gòu)成中20%-30%為正極材料，正極材料除了是決定電池能量密度進一步提高的重要因素外，也是決定電池成本和性能的關(guān)鍵因素之一。目前，鋰電池正極材料主要包含磷酸鐵鋰(LFP)、錳酸鋰(LMO)、鈷酸鋰(LCO)和三元材料(NCA/NCM)，除了LCO(主要用于3C鋰電池)外，剩下的都可以在動力電池中使用。而三元材料，指的是采用包含鈷、鎳、錳(或鋁)三種元素的三元聚合物。目前，三元材料擁有著最為廣闊的發(fā)展前景：相較于其他正極材料，三元材料在能量密度上具有明顯的優(yōu)勢，同時擁有較長的循環(huán)壽命，但在安全性上低于LMO和LFP。

　　2013年以來，全球3C鋰電池市場不斷發(fā)展。得益于新能源汽車市場的崛起，動力鋰電池也逐漸成為鋰電池市場迅速發(fā)展的重要驅(qū)動力之一。新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，也促進了動力電池正極材料產(chǎn)量占比的快速增長。作為動力電池主要正極材料的LFP，在2016年以前的產(chǎn)能和產(chǎn)量擴大速度較快，在2016年之后，NCM取代LFP，成為正極材料的主要發(fā)展方向

　　三元電池未來需求空間巨大，需求量的復(fù)合增速有望達到90%，成為未來幾年動力電池新增需求的主要來源。市場對三元電池需求的高速增長也將帶來三元正極材料需求的不斷上升，由于高鎳三元材料能夠有效帶來高能量密度，高鎳三元材料可能會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性的供需緊張。

　　三元材料原料為鎳鹽、錳鹽和鈷鹽，目前主流技術(shù)的發(fā)展方向是通過改增加鎳含量、壓實密度和充電電壓上限來提高電池能量密度。但隨著鎳含量的增加，三元材料穩(wěn)定性會隨之降低，這也是三元材料發(fā)展的一大阻力，目前主要解決途徑包括離子摻雜、表面包覆和調(diào)整電解液及負極材料等。在實際的生產(chǎn)與制造中，提升正極材料中鎳的占比，在使得電池能密度上升的同時，也意味著安全性能的下降和制備難度的提升。目前，主流三元材料中622型NCM、523型、333型都已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，但能夠批量生產(chǎn)811型的廠家仍然較少。

　　隨著廠商對市場份額的不斷搶占，正極材料行業(yè)競爭將愈發(fā)激烈。由于增長需求緩慢，523型、低鎳333型、LFP正極材料產(chǎn)能利用率和利潤率都將出現(xiàn)下降的趨勢。同時由于補貼新政對于提升動力電池能量密度的鼓勵，加上高鎳三元正極材料本身制備技術(shù)門檻較高，市場供應(yīng)量有限，未來仍將呈現(xiàn)緊俏趨勢，這也意味著掌握高鎳材料技術(shù)、擁有正極材料研發(fā)的公司將在未來的競爭中具有明顯的優(yōu)勢。

　　石墨烯負極材料性能指標已接近理論值，硅碳有望被大規(guī)模應(yīng)用

　　負極材料在鋰離子電池成本中的占比約為10%-15%，是鋰離子電池的重要組成部分之一，主要包括天然石墨、天然石墨、合金、中間相碳微球和鈦酸鋰等。性能良好的負極材料具備充放電反應(yīng)的可逆性能好、與電解液兼容性好、較高的比能量、相對鋰電極的電極電勢低的優(yōu)點。目前，石墨烯負極材料已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的階段，未來提升鋰電池能量密度的突破口極有可能為硅碳負極。

　　天然石墨工藝簡單，具備較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，但制作成本高，制作工藝復(fù)雜;硅碳類復(fù)合材料還沒有在國內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，但其比容量較高，但循環(huán)性能較差;人造石墨具備較好的安全及循環(huán)性能，但成本稍高;中間相炭微球石墨在倍率性能上高出人造石墨與天然石墨于石墨類負極材料。綜合性能與成本來看，目前人造石墨被作為國內(nèi)新能源汽車動力電池的主要負極材料。區(qū)別于正極材料，相較于3C電池負極，動力電池負極工藝難度相對較低。

　　經(jīng)過一段時間的發(fā)展，目前石墨烯負極材料理論上已經(jīng)不能提升動力電池的能力密度，其性能指標已經(jīng)接近理論值。隨著行業(yè)對動力電池能力密度要求的不斷提升和相關(guān)技術(shù)的不斷突破，已有錫基、硅基為代表的符合材料應(yīng)用到電池的生產(chǎn)中，其中最有希望被規(guī)模應(yīng)用的下一代材料極有可能是硅碳負極材料。

　　就產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀而言，負極材料集中度相對較高。2017年，中國鋰電池負極材料產(chǎn)量共計14.7萬噸，其中江西紫宸、杉杉股份、貝特瑞產(chǎn)量合計占據(jù)市場份額的63%，為9.3萬噸，負極材料市場呈現(xiàn)出寡頭壟斷的形勢。總體而言，負極材料行業(yè)格局相對穩(wěn)定，行業(yè)集中度較高，利潤率水平穩(wěn)定。未來，在硅碳負極產(chǎn)業(yè)化實現(xiàn)突破的企業(yè)將有望占領(lǐng)更大的市場份額。

　圖2 2017年負極材料市占率

　　(資料來源: GGII)

　　三元鋰電池的不斷發(fā)展帶動濕法隔膜成為主流

　　隔膜技術(shù)是鋰離子電池組件中技術(shù)含量較高的部分之一，其主要作用是隔離正負極的同時，保證鋰離子的通過，對保證鋰電池的安全有著十分重要的作用。目前，隔膜制作工藝包括濕法和干法(見表1)。

　　濕法工藝將液態(tài)烴或一些小分子物質(zhì)與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，進行雙向拉伸使分子鏈取向，最后保溫一定時間，用易揮發(fā)物質(zhì)洗脫殘留的溶劑，可制備出相互貫通的微孔膜材料。日本旭化成、日本東燃、韓國SK等均采用此工藝。應(yīng)用范圍：高性能鋰離子電池等。干法工藝相對簡單，附加值高，環(huán)境友好，但孔徑和孔隙率難以控制，產(chǎn)品難以做薄

　　干法制作工藝又稱熔融拉伸法，是指將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結(jié)晶性聚合物薄膜，經(jīng)過結(jié)晶化處理、退火后，獲得高結(jié)晶度的結(jié)構(gòu)，并在高溫下進一步拉伸，將結(jié)晶界面進行剝離，形成多孔結(jié)構(gòu)以增加薄膜孔徑的制備工藝。濕法工藝薄膜孔徑小而且均勻，薄膜更薄，但是投資大，工藝復(fù)雜，環(huán)境污染大。

表1 干濕法隔膜比較

　　隨著三元鋰電池的不斷發(fā)展，濕法隔膜有望成為技術(shù)主流。目前，動力電池主要以三元電池(正極為鎳鈷錳(NCM))和磷酸鐵鋰電池為主，其中碳酸鐵鋰電池主要采用干法隔膜，而濕法隔膜在三元電池的使用比率較高。隨著市場對電池能量密度要求的不斷提高，三元材料等正極材料開始興起，電池隔膜發(fā)展方向也開始傾斜。另外，隨著PVDF、陶瓷等涂覆技術(shù)的不斷發(fā)展，“涂覆+濕法”的生產(chǎn)工業(yè)也會明顯改善鋰電池的熱穩(wěn)定性。此外，由于產(chǎn)業(yè)對動力電池安全性要求的不斷提升，高端濕法涂覆作為目前提升電池安全性最有效的方法之一，未來市場需求也將加速提升。

　　隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，隔膜產(chǎn)業(yè)未來市場景氣，隔膜企業(yè)需要具備創(chuàng)新技術(shù)、研發(fā)力量、有效專利、高端裝備和資金實力。近年來，隔膜產(chǎn)業(yè)擴張較快，預(yù)計不久后隔膜供需格局將會發(fā)生轉(zhuǎn)變，產(chǎn)能的釋放會帶來激烈的價格競爭，掌握關(guān)鍵技術(shù)和具有成本優(yōu)勢的企業(yè)有望獲得較大市場份額。

　　結(jié)語

　　隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，動力電池產(chǎn)業(yè)也將迸發(fā)出新的活力，呈現(xiàn)出新的趨勢：高鎳材料是正極材料未來發(fā)展主流趨勢;石墨烯負極材料性能指標已接近理論值，硅碳材料有望成為下一代大規(guī)模應(yīng)用的主流材料;而三元鋰電池的不斷發(fā)展也將帶動濕法隔膜成為主流。