锂电池行业发展研究报告

1锂电池行业发展研究报告电子信息与汽车零部件招商引资指挥部综合办2011.72目录一、锂离子电池的发展历程与特点...................................................................................31.1锂离子电池的发展历程............................................................................................31.2锂离子电池的工作原理............................................................................................41.3锂离子电池的分类与结构.........................................................................................61.4锂离子电池的基本生产流程.....................................................................................8二、锂离子电池的市场分析.................................................................................................102.1锂离子电池市场概述...............................................................................................102.2中国锂离子电池市场发展.......................................................................................102.3锂离子电池细分市场简介.......................................................................................13三、锂电池关键材料.............................................................................................................163.1正极材料...................................................................................................................163.2负极材料...................................................................................................................203.3锂离子电池电解液...................................................................................................223.4隔膜...........................................................................................................................23四、锂离子电池关键材料的产业现状.................................................................................264.1锂离子电池材料产业现状.......................................................................................264.2电极材料在锂电池中的成本比例与盈利分析.......................................................30五、锂电池应用于新能源汽车的机遇与挑战.....................................................................325.1全球新能源汽车现状...............................................................................................325.2电动汽车对锂离子电池的性能要求.......................................................................345.3国内新能源政策与车用锂电池发展.......................................................................36六、绵阳发展锂电池产业的优劣势分析.............................................................................406.1技术优势..................................................................................................................406.2产业优势...................................................................................................................406.3政策优势...................................................................................................................416.4区域优势...................................................................................................................426.5人才与成本优势.......................................................................................................43七、绵阳发展锂离子电池产业的建议.................................................................................453一、锂离子电池的发展历程与特点1.1锂离子电池的发展历程电池的历史可以追溯到公元前100年，当时已经产生了电池原型；但电池的真正发展是在1800年之后，伏特在这一年发明电池，人们对电池的原理才有了合理的解释；1959年，可充电的铅酸电池最先得到应用；1990年，锂离子电池诞生。图1-1二次电池的发展历程从工作性质来看，电池分为一次电池和二次电池。一次电池是指不能循环使用的电池，也就是通常所说的干电池，如锌锰电池、碱锰电池等等；二次电池指可以多次充放电、循环使用的电池先后商业化应用的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂电池。电池的发展经历了一个由最早的铅酸电池到镍镉电池，再到镍氢电池、锂电池，之后到燃料电池的历程。其中锂电池是目前最有望大规模商业绿色电池。相对于上述二次电池，锂电池具有能量密度高、循环寿命长、自电放率小、无记忆效应和绿色环保等突出优势。因此，自索尼公司于1990首次开发出锂离子电池后，由于其具有能量密度大、工作电压高、循环寿命长、自放电小、无记忆、无污染等突出优点，因此成为目前综合性能最好的电池体系，10年来取得了飞速的发展，其应用已经渗透到民用、工业、交通、国防、军工等多个领域。特别是在移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等强调轻薄短小、功能的便携式电子产品应用上迅速普及。到2009年，国内锂离子电池的市场总额4已超过600亿人民币。大体上来看，锂离子电池产业的发展方向是“一大一小”。在容量较低的场合，锂离子电池已成功取代镍镉、镍氢电池，广泛用于移动电话、笔机本电脑、数码相机、摄录机等便携电器中；在较高容量的场合，锂离子电池具有取代铅酸电池，成为矿灯、电动工具、电动车等的首选动力电源的强劲趋势。1.2锂离子电池的工作原理所谓锂离子电池是指分别用二个能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正负极构成的二次电池，其充放电过程是靠锂离子在正负极之间的不断转移来完成的。因此人们将具有这种独特工作机理的锂离子电池又称为“摇椅式电池”。锂离子电池是的正、负极材料均采用能可逆脱出锂离子的插层化合物(intercalationcompounds)。这些插层化合物具有锂嵌入及脱出的一维、二维或三维通道，而本身的骨架结构在锂嵌入及脱嵌保持不变。这类正极化合物主要有LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiFePO4等，负极主要有碳材料、金属氧化物，多元锂合金等。电解质为溶解了锂盐（如LiPF6、LiAsF6、LiClO4等）的有机溶剂。有机溶剂主要包括碳酸乙烯脂（EC）、碳酸丙烯脂（PC）、碳酸二甲脂（DMC），负极为碳材料。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返脱嵌。锂离子的化学反应式为：LiMXOY+nCLi1-xMXOY+LixCn（Eq1-1）锂离子二次电池的工作原理如图2所示，充电时，Li+从正极脱出，LiCoO2或LiMn2O4等过渡金属氧化物的晶格中脱出，经过电解液和隔膜这一桥梁而嵌入到石墨负极的层状结构中。正极材料的体积因为脱锂而发生变化，负极材料与锂离子发生嵌入化或合金化反应。同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极，以确保电荷的平衡。放电时则相反，Li+从负极脱出，经过电解液嵌入到正极材料中，正极处于富锂状态。在正常充放电过程中，锂离子在层状结构的碳材料和层状结构的氧化物的层间嵌入和脱出，一般只引起材料的层间距变化，不破坏其晶体结构。由于锂离子在正、负极中有相对固定的空间和位置，因此电池充放电反应的可逆性很好，从而保证了电池的长循环寿命和工作的安全性。5图1-2锂离子电池的工作原理锂离子电池以其优良的性能在便携式用电器中得到了广泛应用，并开始在储能电源及动力电源中拓展市场。结合表1-1，可以看出锂离子电池具有如下特点：1、比容量大。以嵌锂炭材料代替金属锂作负极，负极材料的质量比容量会有所下降，但由于在二次锂电池中为了保证电池具有一定的循环寿命，金属锂通常需过量三倍以上，因此质量比容量实际降低的程度并不大，故锂离子电池仍保持了二次锂电池比容量大的特点。2、能量密度高。锂离子电池的能量密度(体积比能量和质量比能量)几乎是镍镉电池的1.5-3倍，也就是说在同样大小能量的情况下，锂离子电池的体积和质量可减小1/2左右。3、电池电压高。锂离子电池负极用炭质材料，它们的嵌/脱锂的电位较低（0.01-1.1Vvs.Li/Li+）；正极用嵌锂化合物，其嵌/脱锂的电位较高(3.5-4.3Vvs.Li/Li+)，所以具有较高的工作电压，单元锂离子电池的平均电压一般为3.6V，相当于3个镍镉或镍氢电池串接起来的电压值。能减少电池组合体的数量，从而因单元电池电压差所造成的电池故障的概率可减少许多，也就是说大大延长了