鉅大LARGE | 點擊量：955次 | 2022年10月11日
鋰電儲能市場蓄勢待發鋰電池負極材料需求高速上升
負極指電源中電位(電勢)較低的一端。在原電池中，是指在電池反應中給出電子，做還原劑的部分。負極材料則是指做負極原材料。從鋰離子電池的發展歷史來看，負極材料的研究對鋰離子電池的出現起著決定性作用。鋰離子電池最早研究的負極材料是金屬鋰，由于電池的安全問題以及循環性能不佳，鋰二次電池未能實用。90年代SONY公司首次將碳材料用于鋰離子電池負極，實現了鋰離子電池的商業化。在此之后，鋰離子電池的主要的研究熱點轉向正極材料方面，隨著新能源汽車的發展，動力電池技術的快速升級，正極材料的發張已經相對成熟。已經逐步確立了以三元材料為主的正極材料技術路線，160wh/kg以上的動力電池成為行業分水嶺。
除去正極材料之外，鋰電池負極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，且按鋰離子電池成本比例，負極材料占比鋰電池總成本的25%～28%。就目前的技術現狀而言，目前鋰電池負極材料的研究相對滯后，正極材料取得較大突破的可能性較小。固態電池的技術雖然取得突破，但正式的商用仍需要3-5年時間。
相對于鋰電池正極材料，負極材料的研究方興未艾。較為理想的負極材料最少要具備以下7點條件：化學電位較低，與正極材料形成較大的電勢差，從而得到高功率電池；應具備較高的循環比容量；在負極材料中Li+應該容易嵌入和脫出，具有較高的庫倫效率，以至于在Li+脫嵌過程中可以有較穩定的充放電電壓；有良好的電子電導率和離子電導率；有良好的穩定性，對電解質有一定的兼容性；對于材料的來源應該資源豐富，價格低廉，制造工藝簡單；安全、綠色無污染。
符合以上各個條件的負極材料目前基本不存在，因此研究能量密度高，安全性能好，價格便宜，材料易得的新型負極材料成為當務之急，這也是現階段鋰電池研究領域的熱門課題，目前已經成為鋰離子電池產業中最關鍵的環節。
從目前的負極材料的種類來看，按照材料的組分，通常可以將鋰電池負極材料分為2大類：碳材料和非碳質材料。碳材料負極進一步分類為天然石墨負極、人造石墨負極、中間相碳微球（MCMB）、軟炭（如焦炭）負極、硬炭負極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等；其他非碳負極材料主要分為硅基及其復合材料、氮化物負極、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。
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近年來負極材料規模的迅速增長受益于新能源汽車發展：鋰電池根據其應用可分為消費電池、動力電池和儲能電池三類。消費電池主要用于手機、筆記本電腦、平板電腦、可穿戴設備等，是鋰電池三大終端應用市場中規模最大的領域。儲能電池市場目前尚處于培育階段，相比其他兩類市場規模很小。動力電池主要應用于新能源汽車生產，故而動力電池市場與新能源汽車市場高度重合。而我國近年來國家政策大力扶持新能源汽車，新能源汽車的爆發增長帶動動力電池的增長，進而使負極材料的需求大幅上升，負極材料市場迅速擴大。
在負極材料需求量方面，通過對國內近年來鋰電池的產量，再假設每KWH鋰電池負極材料的平均用量為1.35kg，以此來對國內負極材料的需求數據進行分析。2011年我國負極材料行業需求約1.69萬噸，到2018年需求達到了14.02萬噸。
2018年我國鋰電負極材料行業產量約19.2萬噸，同比2017年的14.9萬噸增長了28.9%，近幾年我國鋰電負極材料行業產量情況如下圖所示：
2016年我國國內鋰電負極材料市場規模為46.53億元，2017年我國鋰電負極材料市場規模增長至60.55億元，2017年我國鋰離子電池負極材料規模達78.23億元。
2011年，我國軟包鋰離子電池負極材料需求量為0.41萬噸，方形鋰離子電池負極材料需求量為0.95萬噸，圓柱鋰離子電池負極材料需求量為0.33萬噸。2018年，我國軟包鋰離子電池負極材料需求量為3.99萬噸，方形鋰離子電池負極材料需求量為6.92萬噸，圓柱鋰離子電池負極材料需求量為3.11萬噸。
在汽車電動化趨勢帶動下，負極材料行業產能持續擴大。新能源汽車行業高景氣度推動下，為了進一步降低成本、提高供應能力、增加市場份額，負極廠商擴產步伐依舊堅定，除此之外，已有部分企業跨界進入負極材料領域。
隨著國家陸續出臺新能源汽車補貼政策，我國新能源汽車銷量大幅增長，2014年銷量7.48萬輛，2015年銷量33.11萬輛，2016年銷量50.70萬輛，2017年，新能源汽車產銷分別完成79.4萬輛和77.7萬輛，同比分別增長53.8%和53.3%。其中，純電動汽車產銷分別完成66.7萬輛和65.2萬輛，同比分別增長59.8%和59.6%；插電式混合動力汽車產銷分別為12.8萬輛和12.4萬輛，同比分別增長28.5%和26.9%。2011-2018年，我國新能源汽車產銷量如下圖所示：
工信部牽頭編制的《汽車產業中長期發展規劃》，明確到2020年我國新能源汽車年產量將達到200萬輛，年均復合增長率40.93%。新能源汽車將成為我國鋰電池負極材料需求量增長最快的領域。新能源汽車產業空間巨大，目前已正式進入成長期。《汽車產業中長期發展規劃》及《節能與新能源汽車技術路線圖》指出，到2020-2025年，我國要邁入世界汽車強國行列，實現新能源汽車全產業鏈發展。
智研咨詢發布的《2019-2025年中國鋰電池負極材料行業市場發展模式調研及投資趨勢分析研究報告》指出：從技術角度來看，未來鋰離子電池負極材料將會呈現出多樣性的特點。隨著技術的進步，目前的鋰離子電池負極材料已經從單一的人造石墨發展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負極材料共存的局面。
就目前以及未來一定時期內，負極材料仍將以石墨類負極材料為主。一是因為新型負極材料的技術與應用還不成熟，還需要時間磨合與改進；二是石墨類負極的價格優勢明顯；三是石墨類負極材料與正極材料、電解液等其他鋰電池材料相匹配的技術較為成熟。
不過，從長遠來看，負極材料廠家在立足于石墨類負極材料的同時，需加大力度盡早開發出新型負極材料，搶占先機。因為石墨類負極材料的理論克容量為372mAh/g，市面上性能較好的石墨負極材料已經能達到360mAh/g，克容量逐漸趨于極限值，不能滿足下游電芯日益增長的性能要求。目前業內關注比較多的新型負極材料有鈦酸鋰、硬碳、硅碳復合材料等。
新能源汽車的發展對動力電池的比能量不斷提出更高的要求，工信部等四部委發布的《促進汽車動力電池產業發展行動方案》中提出，到2020年，新型鋰離子動力電池單體比能量超300Wh/公斤，系統比能量達260Wh/公斤；到2025年，單體比能量達500Wh/公斤。傳統石墨很難達到這一要求，而硅碳復合材料的超高理論能量密度可以顯著提升單體比容量，有望成為未來主流負極材料。
硅與碳的相似化學性質為其結合提供了理論依據，但不同的結合方式也對復合材料的性能起著重大影響。硅碳復合材料主要分為三種結構：包覆型、嵌入性、摻雜型。包覆型的表面碳層主要為無定型碳，嵌入型碳基質主要為無定型碳、石墨和石墨烯等，目前摻雜型硅碳復合材料為研究熱點。
國外企業已經實現硅碳負極材料量產，松下2013年量產的NCR18650C型號電池即采用硅碳負極材料；日本GS湯淺推出的硅基負極材料鋰電池也已應用于三菱汽車；特斯拉推出的Model3成功應用硅碳負極材料，實現300Wh/kg比能量，更加明確了硅碳負極的未來地位。
我國硅碳材料發展較晚，工藝技術相對落后，生產成本居高不下，成為限制其應用的主要原因。目前主流負極廠商已擴大硅碳負極投入，新進入者也開始布局硅碳負極，新增產能2017年底開始陸續投產。提前布局硅碳負極、擁有技術優勢、更快實現產業化的企業，將有望改變負極產業的現有格局。
目前國內鋰電池負極材料生產企業眾多，超過50家，其中公司和杉杉股份為第一梯隊，處于國內行業領先地位；星城石墨、正拓能源、摩根海容等為第二梯隊，相互之間差距不大；另外三菱化學等巨頭也在國內設廠；其余多為規模小、技術水平低的企業。未來幾年，國內負極生產企業的競爭主要體現在第二梯隊企業對第一梯度企業的追趕，以及第一梯度企業間的競爭，行業集中度將進一步提高。
而隨著現代電子信息技術的飛速發展，鋰電池在工業、特種、科技、生活領域得到越來越多的應用，作為鋰電池的核心關鍵材料，鋰電負極材料的市場需求不斷提高。近年來，便攜式電子消費品逐步融入人們的日常生活，電動汽車產業在世界各國政府的大力支持下也將開始商業化推廣，這都將促進鋰電池行業的快速發展，同時也給鋰電負極材料產業帶來廣闊的發展空間。
同時我國的鋰、鎳、錳、鐵、磷等資源相對豐富，因此鋰電負極材料中的多元材料、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰的開發和應用在我國具有較大的資源優勢，而相關的冶煉行業在中國的發展也很迅速，這使得鋰電負極材料的發展有著較完善的供應鏈的支撐，必將對我國鋰電負極材料產業的發展起到積極的推動作用。
隨著移動通信網絡由3G向4G甚至5G方向發展，要求在人口密集地域高密度建設大量小微型移動通信基站，寸土寸金的現實條件使得鋰離子電池成為這類基站電源的不二之選。未來幾年，鋰離子電池在基站電源市場的應用會高速發展。同時，為了降低電動汽車的售價，日產、特斯拉、通用汽車、三菱汽車、戴姆勒-奔馳、比亞迪等知名車企已紛紛在嘗試將車載電池擴產或二次利用，開發家庭儲能市場，以降低車載電池價格，這已形成了一股潮流。在這兩大細分市場的帶動下，整個工業儲能市場在2020年之前也會取得較大發展，2020年之后，隨著電網儲能商業化應用的逐步開展，工業&儲能市場將會推動鋰電池以及鋰電池負極材料的需求高速增長。鋰電池負極材料具有廣闊的市場前景。
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