1、在镍酸锂电池中，化学离子对Ni4+/Ni3+可产生3.75V 的电压平台，提供接近200mAh/g 的循环容量。但在实际中，专门难得到那个结果。第一在高温下，由于Li的挥发，专门难合成化学计量比LiNiO2，高温时六方相的LiNiO2 晶体专门容易转变为立方相的LiNiO2 晶体。这种锂镍置换的立方的没有电化学活性，而且该反应的逆过程专门慢同时不完全。此外在充放电过程中，LiNiO2 还可能发生其他一系列的结构变化，而导致嵌锂容量的缺失。因此实际上镍酸锂无太大有用价值。3.镍钴二元复合材料考虑到钴酸锂价格昂贵，镍酸锂合成困难，研究人员开发出镍钴二元材料结合了二者的优点，用价格相对低廉的镍替代部
2、分钴，合成具有LiCoO2 一样的优良电化学性能的正极材料，那么将具有宽敞的应用前景。4.尖晶石锰酸锂（Li2Mn2O4）尖晶石锰酸锂能够产生4.0V 的电压平台，与钴酸锂相当，理论容量148mAh/g，实际容量120mAh/g 左右，比现在所用的钴酸锂稍低。与钴酸锂和镍酸锂相比，锰酸锂原料来源广泛，价格专门廉价（只有钴的10%），而且没有毒性，对环境友好。曾一度被认为是替代LiCoO2 的首选锂离子电池正极材料。然而尖晶石Li2Mn2O4容量容易衰减的。5.磷酸铁锂（LiFePO4）1997 年，Goodenough 等研究人员首次报道了橄榄石型的磷酸铁锂（LiFePO4）可用于锂离子电池正
3、极材料，其中的锂离子能够完全从晶格中脱出形成层状FePO4，其相关于锂的电极电压为3.5V，理论容量为170mAh/g。6.材料性能综合评判综上所述，LiCoO2 的研究比较成熟，综合性能优良，但价格昂贵，容量较低，毒性较大。LiNiO2 成本较低，容量较高，但制备困难，材料性能的一致性和重现性差，存在较为严峻的安全问题。镍钴二元复合材料，兼有LiNiO2 和LiCoO2 的优点，但仍存在较为苛刻的合成条件，综合性能有待改进。同时由于含较多昂贵的Co，成本也较高。尖晶石Li2Mn2O4 成本低，安全性好，但循环性能专门是高温循环性能差，在电解液中有一定的溶解性，储存性能差。因此上述钴酸锂、镍酸
4、锂、锰酸锂及其同类正极材料尚不能满足要求。磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料是近几年才显现的事，国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005 年7月（比亚迪公司）。其充放循环寿命达2000 次，过充电压30V下不燃烧，穿刺不爆炸。磷酸铁锂正极材料类锂离子电池更易串联使用，以满足电动车频繁充放电的需要。由于同时具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格廉价，寿命长等优点，磷酸铁锂可视为是新一代锂离子电池的理想正极材料。（二）负极材料目前，锂离子电池所采纳的负极材料一样差不多上碳素材料，如石墨、软碳（如焦炭等）、硬碳等。正在探究的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金，以及纳米负
5、极材料等。作为锂离子电池负极材料要求具有以下差不多性能：（1）锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低，接近金属锂的电位，从而使电池的输出电压高；（2）在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度；（3）氧化还原电位可不能发生显著变化，可保持较平稳的充电和放电；（4）插入化合物应有较好的电导率和离子电导率，如此可减少极化并能进行大电流充放电；（5）从有用角度而言，主体材料应该廉价，对环境无污染；碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能，同时碳材料价廉、无毒，目前商品锂离子电池广泛采纳碳负极材料。近年来随着对碳材料研究工作的不断深入，差不多发觉通过对石墨和各类碳材料进行
6、表面改性和结构调整，将比容量从原先的理论值372mAh/g，大大提高到700mAh/g1000mAh/g，同时使锂离子电池的比能量大大增加。目前，已研究开发的锂离子电池负极材料要紧有：石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球（MCMB）、炭黑、玻璃炭等，其中石墨和石油焦最有应用价值。一样来说，依照石墨化程度，可将碳负极材料分成石墨、软碳和硬碳。石墨材料导电性好，结晶度较高具有良好的层状结构，充放电容量可达300mAh/g 以上，充放电效率在90%以上，可与提供锂源的正极材料钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等匹配，组成的电池平均输出电压高，是目前锂离子电池应用最多的负极材料。软碳材料为容易石墨化的
7、碳素材料，是指在2500以上的高温下通过石墨化转变的无定形碳。软碳的石墨化程度低，与电解液的相容性好。常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等。而硬碳材料是指难于石墨化的碳素材料，是由高分子聚合物通过热分解形成的，锂容量专门大（5001000mAh/g）。这类碳在2500以上的高温也难以石墨化，常见的硬碳有树脂碳（酚醛树脂、环氧树脂、聚目前，已研究开发的锂离子电池负极材料要紧有：（三）电解液基质目前锂电池电解液基质绝大多数使用六氟磷酸锂，其分子式为LiPF6，白色晶体，稳固性较差，易与水反应，加热分解。六氟磷酸锂可溶于无水氟化氢、低烷基醚、腈、吡啶和醇等非水溶剂，但难溶于烷烃和苯等有机溶剂
8、。LiPF6 易与酸反应生成PF5 和锂盐，含有LiPF6 的有机电解液因具有良好的导电性和电化学稳固性，被选定为锂离子电池的电解质。综上，锂离子电池各部分材料市场价格如下：（四）隔膜锂电池隔膜是锂电池结构中最重要的一部分。现在要求隔膜的厚度一样为25微米，单层隔膜可能达到的厚度为7-40 微米。隔膜通常有两种类型。一、选用聚乙烯-聚丙稀-聚乙烯三层合拼隔膜纸，目前有美国Celgard 及日本UBE。制造此类型隔膜特点在于降低成本，但制造工艺复杂，对超薄16 微米以下尤为难做到。二、单层聚乙烯隔膜，目前有日本的旭化成、东燃、美国的ENTEK 三家公司。此类型隔膜由因此单层聚乙烯，故生产成本较高
9、。日本优质电池隔膜几乎全部采纳单层聚乙烯隔膜。WIDE 公司的隔膜纸产品也采纳单层聚乙烯隔膜。电池的正负极之间的隔膜，第一它必须具备良好的电绝缘性，其次由于它在电解液中处于浸湿状态，必须具备良好的耐碱性，同时要有良好的透气性等。因此电池制造商在选择隔膜时多选用在较广的温度范畴内（-5585）保持电子稳固性、体积稳固性、和化学稳固性。隔膜性能的好坏在专门大程度上将阻碍电池的循环寿命和自放电状况。因此，透气性、厚度、阻抗的设计成为判别电池品质好坏的重要指标。关于锂电池，假如隔膜的隔膜孔洞不行，将阻碍锂离子在正负极之间的传递，继而阻碍锂电池的充放电。二、锂电池产业进展分析（一）国内锂电池进展刺激政策
10、电动汽车对中国战略意义重大，政府动作频频。作为汽车生产和消费大国，中国由于在传统汽车制造领域处于绝对落后，因此政府专门重视电动汽车的研发，期望借此实现跨过式进展，缩小汽车那个支柱产业与世界先进水平的差距。从近些年政府政策制定看，对电动汽车的支持力度专门大。继2018年1月，由科技部、财政部、发改委、工业和信息化部共同启动十城千辆工程之后，2018年6月，财政部、科技部、工业和信息化部、国家进展改革委联合公布了关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知，备受关注的新能源汽车补贴实施细则正式出台。实施细则确定在上海、长春、深圳、杭州、合肥等5个都市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作，政策明显倾向进展
11、锂电池电动汽车，对插电式混合动力乘用车及纯电动车每辆最高补贴5万和6万元，对弱混电动车每辆仅补贴3000元。市场推广政策（1）科技部“十城千辆”打算：每年进展10 个都市，每个都市推出1000 辆新型动力汽车开展现范运行，涉及公交、出租、公务、市政等领域，将至少推广使用6 万辆的节能与新能源汽车；（2）2018 年9 月，国家电网公司宣布其正在北京、上海和其他大型都市建筑电动车充电站，每座充电站投资额为25 万元人民币；（3）科技部目前正在考虑建筑可插入汽车充电的充电站，而另一种是锂离子电池交换站，汽车在此可将用尽的电池交换一块充满电的电池；（4）2018 年10 月，通用透露正与国家电网商讨
12、合作，以建立电动车充电平台。经济优待政策（1）财政部补贴打算：在上海、长春、深圳、杭州、合肥等5 个都市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作，政策明显倾向进展锂电池电动汽车，对插电式混合动力乘用车及纯电动车每辆最高补贴5 万和6 万元，对弱混电动车每辆仅补贴3000元。（2）将通过应用汽车消费者税等各种税费政策，引导新型动力汽车消费；（3）目前正在研究通过所得税减免、进口税收优待等政策，支持企业加大对新能源汽车的投入和技术改造的力度；（4）科技部会同重庆市政府将对长安杰勋混合动力汽车购买者提供每辆2 万元的补贴。法律强制政策结合研发经费补助（1）从2018 年至2019 年，湖南省和株洲、湘潭市
13、每年共安排4500 万元资金，专项用于电动汽车产业的进展；（2）国家电网公司正在加快建设电动汽车能源供给系统检测实验室，为开展电动汽车能源供给系统相关技术研究提供试验手段；正在积极开展电动汽车供电系统、充电系统和电池系统等标准规范的研究和制订工作，目前差不多完成了公共能源供给系统标准体系第一批6 套标准规范的起草工作；此外还将开展电动汽车相关配套政策的研究，为政府出台相关政策提供决策支持。（二）国外刺激政策为了加速本国电动汽车产业进展，占据以后行业竞争的制高点，西方各国纷纷推出电动汽车产业扶持政策，加大在相关领域的研发投入。从政策着力点考虑，政策可包括2 方面：供给端政策和需求端政策。供给端政
14、策要紧是加大基础材料的研发投入，加快充电站等相关配套设施建设和相关人员培训等。需求端政策要紧是购车补贴，税收优待，政府采购电动车等措施。（三）锂离子电池市场现状及需求前景分析锂离子电池具有工作电压高、体积小、无经历效应、无污染、自放电小、循环寿命长等优点，目前已广泛应用于手机、笔记本电脑、PDA、数码相机和携带式电动工具等领域，其中笔记本电脑占23%，手机占50%，为最大应用领域。锂离子电池自1992 年由索尼公司产业化以来，全球锂电池市场差不多由日本独霸天下。近年来，随着中国和韩国的迅速崛起，日本锂电池的市场分额逐步减少，全球锂电池产业形成了中、日、韩三分天下的格局。随着手机、笔记本电脑等便
15、携电器设备的进展，全球锂离子电池的市场规模宽敞。目前锂电池的要紧应用领域为笔记本电脑和手机。1998 年至今，全球锂离子电池需求量持年均两位数以上的增长。在全球新一代3G移动通讯技术、互联网、数字化娱乐便携设备逐步普及的情形下，笔记本电脑、手机、上网本、数码产品、游戏机等消费电子领域的需求将连续保持旺盛的增长。电动汽车对锂电池材料消耗量相当于传统电池的上万倍。由于电动汽车需要的是大功率电能，因此实际使用过程中，往往使用上千个电芯串联成电池组以保证能量的供应。以日本尼桑公司2018 年推出纯电动车型LEAF 为例，锂电池容量为24kWh，是标准手机电池容量的12000 倍。因此，电动汽车对锂离子
16、电池材料的需求专门大。据测算，一台纯电动汽车需要40-50 公斤的正极材料和电解液，是单个手机电池耗用量的一万倍左右。依照测算，仅生产100 万辆电动车所需的锂离子电池相关材料，就将是目前全球锂电池材料总需求量的数倍。因此，电动汽车的推广将带动锂离子电池相关材料的需求出现爆发性增长。三、锂电池技术分析（一）材料比较锂电池的市场将会爆发性增长，差不多无需置疑。电动汽车产量的快速扩张必将带动对锂电池材料的需求。锂电池要紧由4 部分构成，即电极、电解液、隔膜和包装材料。其中，包装材料和石墨负极技术相对成熟，成本占比不高。锂离子电池的核心材料要紧是正极材料、电解液和隔膜。其中，正极材料是锂离子电池电化
17、学性能的决定性因素。正极材料占锂电池成本的比例超过40%，是最要紧的构成部分。电解液和隔膜，成本占比分别为10%和20%。由于目前锂电池核心材料仍处于研发时期，离大规模成熟应用于电动汽车仍有一定距离，国内企业仍需要连续研发，改进工艺，以满足电动汽车对材料的更高要求。综合技术、产品盈利能力和需求增长幅度，对各子行业排序如下：1.从技术成熟度考虑，电解液磷酸铁锂=六氟磷酸锂隔膜。电解液要紧是复配技术，技术最为成熟，不存在新产品替代的风险，风险因而最低；与之相对，磷酸铁锂的技术路线风险最高，日韩企业差不多采取三元材料和高端锰酸锂的技术路线。另一方面，国内磷酸铁锂的生产取得一定突破，但一致性目前仍未得
18、到有效解决，国内绝大多数生产企业都还处于小量送样时期，未实现工业化量产；六氟磷酸锂的技术路线风险相对较低，但产品要求严格，工业化生产难度专门高；隔膜的难点不在合成而在于工艺，国内相对落后的应用研究，导致隔膜成为锂电池核心材料中，国产化率最低，也是生产难度最大的材料。2.从产品收益率考虑，隔膜六氟磷酸锂磷酸铁锂电解液。技术门槛的高低，决定了产品盈利的高低。因此，佛塑股份的隔膜尽管质量落后于国际巨头，定位中端，仍旧具有60%以上的毛利率。而江苏国泰的电解液，定位高端，毛利率估量在30%-40%左右。六氟磷酸锂和磷酸铁锂，估量盈利能力介于两者之间。3.从动力电池带来的需求增长幅度考虑，磷酸铁锂隔膜电
19、解液=六氟磷酸锂。由于磷酸铁锂不能用于传统小型锂电池，因此动力电池对其的需求拉动最为显著；动力电池对隔膜安全性要求专门高，目前要紧使用3 层复合隔膜，因此大大提升了隔膜的需求量。而传统锂电池领域的约1.5 亿平米左右的需求量，决定了其需求弹性略低于磷酸铁锂；六氟磷酸锂与电解液差不多保持1：10 的比例，因此两者的需求弹性相同。（二）存在问题磷酸铁锂的一致性问题有待解决。国内目前关于锂离子电池的研究，大多数集中于正极材料。各种正极材料都有各自的优缺点，因此都需要通过工艺改进提高其性能。目前，通过掺混技术、碳包覆、纳米制程以及一些其它工艺，改善正极材料的循环寿命、提高电化学性能成为研究热点。对企业
20、而言，把握合成工艺仅仅是第一步，大批量供货的情形下，如何保证产品质量的批次稳固性是更为重要的环节。由于磷酸铁锂对合成工艺条件的要求更为苛刻，这就对企业从原料采购、工艺操纵、现场治理、产品检验等各方面都提出更高要求。六氟磷酸锂质量难操纵，合成难度高。锂电池的电解质要紧是六氟磷酸锂，其生产的要紧原料为无水氢氟酸和五氟化磷，均为氟化工产品。生产过程中，反应流程长，工艺条件严苛，产品纯度要求高。目前行业标准要求水分小于30ppm，游离酸小于10ppm，要求极为苛刻。因此生产企业若没有重化工生产体会，专门是氟化工的技术积存，专门难做到稳固高效的生产出合格产品。隔膜生产工艺极难把握，技术壁垒专门高。生产隔
21、膜的原理并不复杂，要紧难点在于提高隔膜孔隙率、降低隔膜厚度的同时还要保证隔膜的机械强度。由于原理简单，理论研究专门少。而生产工艺难度极高，核心技术把握在少数几家手中，因此应用体会也专门少。（三）正极材料进展分析1.钴酸锂：目前最成熟的，唯独商品化的锂离子电池正极材料，要紧应用于手机、笔记本电脑、数码相机等便携式数码产品以及电动玩具等。优点：材料的加工性能专门好，密度高，比容量相对较高，材料的结构稳固，循环性能好，材料的电压平台较高且比较稳固缺点：价格昂贵、容量几乎发挥到了极限、资源紧缺、安全性差。以后方向：在传统锂离子电池领域，镍钴锂和镍钴锰锂三元材料是最有期望代替。钴酸锂的正极材料。安全性差
22、和过高的成本，限制了其在动力电池领域的大规模应用。传统电池领域，钴酸锂也面临成本更低的三元材料和锰酸锂的挑战。由于钴酸锂工艺成熟，基数较大，因此以后数年内仍将占有正极材料大部分市场份额。依照IIT 报告的推测，到2019 年，全球对正极材料的需求量约为7.67 万吨，其中钴酸锂需求量约3 万吨，占比约40%，仍旧是第一大消费品种。09 年到2019年，钴酸锂复合增长率9.32%，多元材料复合增长率37.05%，锰酸锂复合增长率79.56%，磷酸铁锂复合增长率114.72%。磷酸铁锂和锰酸锂的增速明显高于其它产品，要紧得益于其在动力电池中的应用。2.锰酸锂和三元材料锰酸锂是除钴酸锂外研究最早的正
23、极材料，适合于电动工具、矿灯电池和手机电池等对容量要求不高的领域。安全性较高，专门是高温下的稳固性较好。电解锰目前价格仅1.8 万元，具有明显成本优势。比容量较低，高温循环性能目前还没有得到较好的解决，小型锂电池市场，日本研发的高端锰酸锂材料可用于动力电池。镍钴锰三元材料同样也是专门有前途的正极材料，有望在小型锂电池领域替代钴酸锂。高容量的正极材料，比容量能够达到180mAh/g 以上，安全性较好，成本低，与电解液的相容性好，循环性能优异，合成困难、合成条件苛刻、合成材料的稳固性差；电压平台相对较低，只有3.55v 左右；密度相对较低；充电电压较高，达到了4.5v 左右。要紧是小型锂离子电池市
24、场，也有望进入动力电池市场。3.磷酸铁锂：磷铁酸锂材料是最近两年才快速进展起来的正极材料，其低廉的价格，较高的安全性能，较好的结构稳固性，优越的循环性能使得其作为动力电池和备用电源领域有宽敞的应用前景。高安全性和热稳固性是磷酸铁锂的突出优点。在针刺和挤压实验中，磷酸铁锂电池不发热、不冒烟、不起火。在过充实验中，将电池过充到4.5V，过放至0V，电池循环100 次，外观无任何专门，容量保持率达到84%，表现堪称优异。关于动力电池领域，安全性是首要考虑的因素。正是凭借磷酸铁锂在安全性方面的优势，差不多确立了其现时期汽车动力锂电池的正极材料首选的地位。磷酸铁锂的要紧缺点是振实密度低，体积比容量低，电
25、导率低，低温放电性能差，倍率放电差等问题。其中，振实密度和体积比容量低对动力电池来说，问题并不严峻。目前，磷酸铁锂差不多成为我国动力锂电池行业的主流选择，比亚迪的电动汽车正是采纳这种材料。全球供给高度集中。由于磷酸铁锂能量密度较低，需要采纳碳包覆等技术对其进行改性，提高了磷酸铁锂的生产难度和成本。目前，国际上磷酸铁锂的生产商要紧有美国的A123、Valence 和加拿大的phostech 公司。据估量，A123 和威能公司产能合计约1000 吨，phostech 公司产能约750 吨。由于A123 和威能的磷酸铁锂全部自用，不对外销售原料，因此国内磷酸铁锂的供应要紧靠phostech、天津斯特
26、兰公司和北大先行等极少数几家。phostech、天津斯特兰产能均为500 吨，北大先行宣称产能2000吨，实际产量大大低于产能。国内市场群雄并起，行业格局有待规范。合成难度大，产品供不应求，导致全球磷酸铁锂价格居高不下。磷酸铁锂目前国内厂家的产品一样在15-18 万/吨，美国A123系统公司和Valence 公司报价在20-30 万/吨。目前，由于磷酸铁锂尚处于市场导入期，前期研发和市场开拓费用较高，行业内公司，不管是国际巨头如A123 和valence依旧国内企业如天津斯特兰和北大先行，普遍亏损。磷酸铁锂以后宽敞的前景，吸引众多资本热情投入。据粗略统计，国内目前从事磷酸铁锂合成的公司多达10
27、0 家左右。由于正极材料规模效应显著，以后行业必将进行整合，仅有少数技术和产品质量领先的公司能够笑到最后。（四）电解液进展分析电解液要紧原材料为六氟磷酸锂，占电解液成本的50%左右，其生产成本为10 万元/吨，售价为40 万元/吨，毛利率高达75%。六氟磷酸锂合成难度较高，整个生产过程涉及高温、低温、真空、高压、腐蚀性强、易燃易爆和剧毒化学品，对设备和人员要求高、工艺难度极大。森田化工在张家港的建设年产300 吨六氟磷酸锂的工厂，照搬日本工厂的成熟设备和工艺，仍旧历时3 年才稳固达产，可见工艺难度之高。难点在于杂质操纵。电解液对六氟磷酸锂的纯度要求极高，行业标准要求水分小于30ppm，游离酸小
28、于10ppm。由于六氟磷酸锂本身具有吸潮性，因此高纯原料的猎取和生产过程中杂质操纵和产品提纯差不多上关键因素。较高的技术门槛，导致极高的市场集中度，市场要紧被关东电化学工业、STELLA、森田化学等几家日本企业垄断。国内目前仅有天津金牛能实现工业化生产，产量约80 吨，产品全部自用不对外销售。江苏国泰和多氟多正在进行中试生产。进展趋势：长期看，新电解质体系的开发将是大势所趋。六氟磷酸锂材料的热稳固性较差，从60开始就有少量分解，在较高温度或恶劣的环境下，分解的比例大大增加，产生氢氟酸等游离酸，会使电解液酸化，最终导致电极材料的损坏以及电池性能的急剧恶化。同时六氟磷酸锂易潮解，而水分是电解液的大
29、敌。近些年，草酸硼酸锂盐在电解液中的应用逐步引起关注。用草酸硼酸锂盐配制成的电解液有抗过充、阻燃等功能，形成的SEI 膜专门稳固，满足动力电池高安全性的要求。更长远看，聚合物锂电池可能成为锂电池以后的进展方向。由于用固体电解质代替了液体电解质,与液态锂离子电池相比，聚合物锂离子电池具有可薄形化、任意面积化与任意形状化等优点，也可不能产生漏液与燃烧爆炸等安全上的问题，因此外壳材质能够更轻，从而能够提高整个电池的比容量。此外,聚合物锂离子电池在工作电压、充放电循环寿命等方面都比一般锂离子电池有所提高。（五）隔膜进展分析隔膜生产难度最高，盈利最丰厚。在锂电池中要紧作用是防止正负极短路，同时在充放电过程中提供离子运输的电通道。由于锂离子电池具有工作电压高，隔膜材料与高电化学活性的正负极材料应具备优良的相容性，同时还应具备优良的稳固性、耐溶剂性、离子导电性、电子绝缘性、较好的机械强度、较高的耐热性及熔断隔离性。满足锂电池的专门需求的同时，还要满足制膜工艺的可行性，涉及多学科领域，因此隔膜研发进展缓慢。目
