全球锂离子电池正极材料产业发展分析.pdf

第3 5 卷第6 期 2 0 1 5 年1 2 月 矿冶工程 ⅣⅡN 耵呵GA N D 们E T A L L U R G I C A LE N G Ⅱ忸E I U N G V 0 1 ．3 5 №6 D e c e m b e r2 0 1 5 全球锂离子电池正极材料产业发展分析① 安洪涛 长沙矿冶研究院有限责任公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要从产业背景、发展现状和全球主要企业销量3 个方面对锂离子正极材料产业发展进行了分析，并结合国内发展动向，提出 了产业未来的发展方向，为锂离子电池正极材料产业发展提供参考。 关键词锂离子电池；正极材料；产业发展；市场分析 中图分类号T M 9 1 2文献标识码A d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．0 2 5 3 6 0 9 9 ．2 0 1 5 ．0 6 ．0 3 7 文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 5 0 6 0 1 4 9 0 3 I I I d 哪t r yD e V e l o p m e n tA n m y s i sf o r t h eG l o b a lL i - i o nB a t t e r yC a t h o d eM a t e r i a l s A NH o n g t a o 现口瞪地R e s ∞砌加胁M 把Q 厂胧几i 昭 胁抛朋u 聊’c o 厶d ，吼口，咿舰4 1 0 0 1 2 ，肌M 几，m i 胍 A b s t r a c t Ad e t a i l e da n a l y s i so ft h eL i - i o nc a t h o d em a t e r i a l si n d u s t r y w a s p r e s e n t e di n t e m so ft h e i n d u s t r y b a c k g r o u n d ，t h es t a t u sq u oo fd e v e l o p m e n t ，a sw e Ua ss a l e so fg l o b a ll e a d i n ge n t e r p 而s e s ．M t e rt h a t ，f u t u r ed e V e l o p m e n t d i r e c t i o nf o rt h i si n d u s t r yi sp u tf o r w a r dc o m b i n e dw i t ha n a l y s i so fi t sp r e s e n td e V e l o p m e n tt I - e n da th o m e ，w h i c hc a l lb e o fr e f e r e n c ef o rt h ed e v e l o p m e n to fl i t h i u m i o nb a t t e r yc a t h o d em a t e I i a l s ． K e yw o r d s “一i o nb a t t e r y ；c a t h o d em a t e r i a l s ；i n d u s n yd e v e l o p m e n t ；m a r k e ta n a l y s i s 锂离子电池的商业应用始于2 0 世纪9 0 年代，经 过2 0 多年的发展，锂离子电池已经成为目前综合性能 最好的可充电电池1 。锂离子电池主要由正极、负 极、隔膜和电解液构成心J 。其中正极材料约占总成本 的4 0 ％，且正极材料的性能直接影响了锂离子电池各 项性能，因此正极材料在锂离子电池中占据着重要地 位。已市场化的锂离子电池正极材料有钴酸锂、锰酸 锂、三元材料和磷酸铁锂等。锂离子电池正极材料产 业发展取决于下游应用市场的需求，目前下游应用市 场中电动汽车和储能市场的快速发展，带动锂离子电 池和相关材料产业大发展，为锂离子电池正极材料产 业带来崭新的发展‘7o 。 1 全球正极材料产业发展现状 1 ．1 主要正极材料产出情况 据E V T 肌k 资料统计，2 0 1 4 年全球锂动力电池出 货量达到1 00 1 2 ．8M W h ，与上年相比增长1 0 9 ．3 9 ％； 2 0 1 4 年全球小型锂离子电池出货量达到8 5 ．4 亿只； 2 0 1 4 年全球正极材料出货量为1 2 ．7 万吨，同比增长 3 2 ％。其中L N O 包括N c A 、N c M 8 1 1 和磷酸铁锂增 长最大，如图l 所示。2 0 1 4 年全球钴酸锂出货量 5 0 2 2 1t ，与上年相比增长了4 5 ．0 6 ％；三元材料出货量 4 81 7 6t ，与上年相比增长了1 0 ．4 4 ％；磷酸铁锂出货量 1 0 6 6 5t ，与上年相比增长了1 2 1 ．2 7 ％；锰酸锂出货量 9 9 2 0t ，与上年相比增长了1 2 ．9 8 ％；L N O 出货量8 2 9 3t ， 与上年相比增长了4 5 ．2 6 ％。磷酸铁锂和锰酸锂成为 出货量增长最快的两种正极材料，这都归因于新能源 图1全球正极材料出货量 ①收稿日期2 0 1 5 一0 6 2 5 作者简介安洪涛 1 9 6 2 一 ，男，湖南长沙人，工程师，高级企业信息分析师，主要从事政策信息研究分析工作。 搿蓥喜一 嚣黜～ 勰激一嚣勰一勰勰一黜蓥薹一慧豁一 淼激一 嚣| i 溉一 9聊Ⅲ；搴镪肿№№№∞盐等毗 万方数据 矿冶工程 第3 5 卷 汽车的快速增长，其中磷酸铁锂的增长主要得益于中 国新能源汽车的快速增长。 中国正极材料市场方面，据高工产业研究院调查， 2 0 1 4 年中国正极材料市场规模达到9 5 ．7 5 亿元，同比 增长1 7 ．7 ％。据中国有色金属协会锂业分会对国内主 要生产企业的统计，2 0 1 4 年中国锂离子电池正极材料 钴酸锂产量高达4 ．3 万吨，市场占比高达4 4 ％，钴酸锂 材料还是2 0 1 4 年用量最大的锂离子电池正极材料；三 元材料产量为3 ．1 万吨，占比3 2 ％；锰酸锂和磷酸铁锂 产量均为1 ．2 万吨，占比1 2 ％；磷酸铁锂产量同比增长 1 4 0 ％，是产量增长最快的材料，主要因为动力电池和 储能电池的带动；三元材料同比增长3 6 ％，主要受动 力电池和替代钻酸锂的影响，详见表l 。 表1中国主要锂离子电池正极材料产量 从上述统计数据来看，中国有色金属协会锂业分 会的统计数据均高于E V T a n k 的全球统计数据，统计 数据出现差异的原因主要在于①产量不等于出货 量，产量往往大于出货量；②E V T a n k 针对中国市场基 本只统计了前五大企业的出货量，而中国中、小型锂离 子电池正极材料生产企业众多，因此出现中国的产量 大于全球的产量。这也从一个方面看出，中国锂离子 电池企业众多，尚未出现能与全球大企业抗衡的锂电 正极材料制造企业。 政府相关部门对中国动力电池发展路线的态度自 2 0 1 1 年7 月后在发生微妙变化，开始一边倒地支持磷 酸铁锂，之后却呈现出磷酸铁锂、三元材料并行的路 线。科技部于2 0 1 2 年2 月正式出台的电动汽车科技 发展“十二五”专项规划中，明确表示要重点研究高 镍和层状锰系正极材料，而不再强调发展磷酸铁锂；强 调以车用能量型动力电池为主要发展方向，兼顾功率 型动力电池的发展，全面提高动力电池输入输出特性、 安全性、一致性、耐久性和性价比。2 0 1 4 年八大车企 推出的1 3 款车型中有6 款采用三元锂离子电池，磷酸 铁锂离子电池仍占半数，另外还有磷酸铁锰锂、锰酸锂 等电池的应用。2 0 1 5 年比亚迪新车“宋”开始应用三 元材料锂离子电池，北汽新能源、江淮、奇瑞等企业都 开始在新车上应用三元材料锂离子电池，预计未来可 能会向三元材料电池路线倾斜。 1 。2 正极材料主要生产国及其发展状态 图2 是2 0 l1 ～2 0 1 4 年中日韩正极材料企业市场 份额变化情况。从图2 可以看出，全球锂离子电池正 极材料市场主要集中在中、日、韩三国，2 0 1 4 年三者共 占据了全球9 5 ％以上的市场份额。在中日韩三国的 竞争格局中，2 0 11 年中国和日本正极材料企业的市场 份额分别为4 5 ．1 0 ％和2 1 ．2 4 ％，此后两年均逐步提高， 但到了2 0 1 4 年两国形势逆转，分别下滑到4 3 ．7 5 ％和 2 1 ．6 5 ％的水平，降幅分别高达6 ．0 6 ％和3 ．1 3 ％。而韩 国2 0 1 4 年正极材料产业取得了高速度发展，一举占据 了3 0 ．5 6 ％的市场份额，增幅高达9 ．7 5 ％。在高端产品 市场抢占日本企业市场份额的同时，在中端产品市场 也抢夺了很多中国企业的市场份额。 2 1 ．2 4 ％ 2 0 1 4 年熬 2 3 ．5 7 ％ ● 2 0 1 3 年徽 中国 7 ．3 7 ％ 中国 4 9 ．8 3 啊 2 1 ．6 5 ％ 2 4 ．7 8 ％ 图22 0 l l ～2 叭4 年中日韩正极材料企业市场份额变化 在中、日、韩三国中，日本技术实力雄厚，但人工成 本高，因此日本锂离子电池正极材料生产自动化程度 最高，产品品质也最好，日本锂离子电池正极材料发展 之路是由钴酸锂发展至锰酸锂，再到改性锰酸锂和三 元材料。近几年日本企业有过锰酸锂的电动汽车领域 商业推广，如日产l e a f 就搭载A E s C 的锰酸锂离子电 池，三菱i M I E V 采用L E J 的锰酸锂离子电池，通用君 越e A s s i s t 混合动力车采用日立的锰酸锂离子电池等。 2 0 1 0 年后三元材料成为动力电池的主流，如丰田普锐 斯P H V 搭载了三洋 被松下合并 的三元材料电池， 本田思域混合动力车采用B l u eE n e r g y 的三元材料电 池，丰田I Q E V 采用P E V E 提供的三元材料电池。镍 钴铝酸锂在日本得到广泛应用，最近令人瞩目的当属 松下制造的1 8 6 5 0 动力电池。借着T e s l a 大量使用镍 钴铝酸锂材料，松下占据了全球动力电池第一把交椅。 松下与T e s l a 在美国内华达州合作建5 0G w h 的电池 姻■ 万方数据 第6 期 安洪涛全球锂离子电池正极材料产业发展分析 工厂，超级工厂电池产能全部启动有望2 0 1 6 年开始。 另外，近年出现的含锰正极材料聚合物锂离子电池，其 材料构成与早期的锂离子电池明显不同1 。 韩国的技术水平略低于日本，但一直坚持自己的 路线，在产业领域集中资源优势扩张市场，韩国锂离子 电池产业集中度非常高，由三星S D I 和L G 化学两家 公司垄断。在电池领域，三星s D I 和L G 化学已先后 成长为全球第一大和第二大企业，这两家公司与全球 排名靠前的汽车厂家都有合作。L G 和三星S D I 都在 中国建厂，以中国的低成本优势，帮助其进行锂离子电 池产业全球扩张。2 0 1 4 年1 月，三星s D I 与安庆环新 集团、西安高科集团合作，计划在西安高新区建设中国 规模最大汽车动力电池生产基地。2 0 1 4 年8 月，L G 化 学与南京紫金建设发展有限公司和南京新工投资集团 成立合资公司建新能源汽车电池工厂，2 0 1 5 年1 0 月该 工厂竣工，产量可满足1 0 多万辆电动汽车的需求。 中国正极材料企业的技术水平在中日韩三国中相 对较低。技术上摇摆不定，时而学美国、时而学日韩， 虽然技术研发越来越受到相关企业重视，技术创新的 步伐也在大大加快，但核心技术的研发方面仍然落后， 中国企业的正极材料主要应用于消费类小型锂离子电 池。日本和韩国的正极材料企业基本上正转向动力电 池材料，并加大了投资规模，日本和韩国等锂离子电池 企业将电池的生产基地转移到中国。赛迪顾问预计到 2 0 1 5 年全球锂电池产业规模将突破10 0 0 亿元∽1 。届 时中国正极材料产业规模将会保持较快的速度增长。 2 全球主要正极材料企业销量 图3 为2 0 1 1 ～2 0 1 4 年全球正极材料出货量。从 图3 可以看出，三元材料和钴酸锂仍然是正极材料产 品的主流，占据着正极材料8 0 ％左右的市场份额。三元 2 I l 佯 I ．F P 2 0 1 2 年 L F P qI 、I r ll n r ， I 撕 图32 0 l l ～2 0 1 4 年全球正极材料出货量 材料和钴酸锂由于加工性能好、密度高、比容量相对较 高等优势，出现了三元材料和钴酸锂在正极材料产品 共存的现象。 表2 为2 0 1 4 年主要国家正极材料企业出货情况。 从表2 可看出，2 0 1 4 年全球主要企业锂电池正极材料 出货中，韩国有5 家，出货量为4 40 0 0t ；日本3 家，出 货量为2 57 5 0t ；中国有8 家，出货量为4 54 2 0t 。中国 出货量最多，但中国企业的正极材料产品大部分还是 用于消费类小电池制造的钴酸锂材料，对动力电池产 业的贡献较小。而从正极材料出货量来看，钴酸锂材 料为5 78 1 0t ，三元材料为3 83 0 0t ，镍钴铝酸锂材料为 1 00 5 0t ，锰酸锂材料为75 1 0t ，磷酸铁锂材料为 62 5 0t ，钴酸锂仍是小型锂电领域正极材料的主力，随 着高端动力电池用正极材料市场增加，三元材料将逐 渐替代钴酸锂成为电动车用锂电的主流正极材料。 表22 0 1 4 年主要国家正极材料企业出货情况统计 3 中国正极材料发展动向 在中国正极材料发展前进道路上，技术路线之争 一直不断。目前，主流的正极材料包括钻酸锂、锰酸 锂、磷酸铁锂以及三元材料等，就能量密度、成本、安全 性、热稳定性和循环寿命来看，它们各有千秋，这也导 致锂电池正极材料技术发展出现分化。 从目前4 种主流正极材料来看，钴酸锂是最早商 业化的锂电正极材料，主要用于小电池领域及手机和 平板电脑等I T 产品中，但因钴价格昂贵，环境污染严 重，出现被三元材料及锰酸锂材料替代的趋势；锰酸锂 应用于小型锂电和动力电池产品，优点是成本较低、环 下转第1 5 8 页 m 一黟“ ，一妒， m蔓姗 ，妒 万方数据 1 5 8 矿冶工程 第3 5 卷 【1 lJ 孙威试论矿业城市研究的经济地理学理论基础[ J ] ．经济地 证研究[ J ] ．中南大学学报 社会科学版 ，2 0 1 3 ，1 9 3 2 9 3 5 ． 理，2 0 9 ，2 9 9 1 4 8 7 一1 4 9 2 ． [ 1 8 ] 谢里，湛莹，刘文娟．中国矿产资源产业集聚水平测算[ J ] ． [ 1 2 ] 于凤玲，陈建宏．基于灰色关联与优势分析的能源消费与工业环 地理科学，2 0 1 2 ，3 2 8 9 6 6 9 7 1 ． 境污染的实证研究[ J ] ．环境污染与防治，2 0 1 2 ，3 4 9 3 9 8 ． [ 1 9 ] 郭文炯．“资源诅咒”的空间结构解析核心边缘理论视角[ J ] ． [ 1 3 ] 高建华，罗丽丽，张文信，等．河南省P R E D 系统分析评价与可持 经济地理，2 0 1 4 ，3 4 3 1 7 2 3 ． 续发展[ J ] ．人文地理，2 0 0 6 6 1 0 3 一1 0 6 ． [ 2 0 ]郎一环，周 萍，沈镭．中国矿产资源节约利用的潜力分析 [ 1 4 ] 苏晓红，王世威，罗晨阳．河南省常规能源投入产出效率的数据 [ J ] ．资源科学，2 0 Q 5 ，2 7 6 2 3 2 7 ． 包络分析[ J ] ．资源与产业，2 0 l O ，1 2 4 9 5 9 9 ． [ 2 1 ] 刘思峰，党耀国，方志耕，等．灰色系统理论及其应用[ M ] ．北京 [ 1 5 ] 关伟，许淑婷．辽宁省能源效率与产业结构的空间特征及耦合科学出版社，2 0 0 5 ． 关系[ J ] ．地理学报，2 0 1 4 ，6 9 4 5 2 0 一5 3 0 ． [ 2 2 ]河南省统计局．河南统计年鉴[ E B ／0 L ] ．h t l p ／／w w w ．h a ．s t a t s ． [ 1 6 ] 贺俊，范小敏．资源诅咒、产业结构与经济增长[ J ] ．中南大学 g o v ．c n ／h n 日／日f ∥q c b w ／日n j ／A 0 6 2 0 1 4 0 1 i n d e x ．1 ．h t m ， 学报 社会科学版 ，2 0 1 4 ，2 0 1 3 4 4 0 ． [ 2 3 ]肖新平，宋中民，李峰．灰技术基础及应用[ M ] ．北京科学出 [ 1 7 ] 于风玲，周杨，陈建宏，等．中国能源消费与经济发展关系的实版社。2 0 0 5 ． 上接第1 5 1 页 境友好。缺点是其高温性能差、容量衰减明显；磷酸铁逐渐增加。在产业布局上，中国近年来电动汽车市场 锂主要用于动力电池和储能电池，优点是结构稳定、安快速增长，对锂离子电池的需求也迅猛增长，因此全球 全性能好、循环寿命长、成本低廉等。缺点主要是产品主要企业瞄准中国这一市场，纷纷加快在中国布局步 一致性差、低温性能差、高倍率放电性能差、能量密度伐，全球锂离子电池正极材料产业重心进一步向中国 低、电池制作成本高等；三元材料具有容量大、稳定性偏移。 好、成本较低和安全性高等优点，近几年内逐渐替代了从中国锂离子电池正极材料技术发展来看，由于 部分钴酸锂，同时可与锰酸锂配合，用于动力电池的生 锂离子电池的发展重心已由消费型产品转向动力型产 产，逐渐成为电动汽车应用主流。但三元材料也有一品，新能源汽车对动力电池能量密度要求不断提升，高 些缺陷，例如电池压实密度低、导电性能不如钴元素、容量材料与高电压材料产品将成为未来发展的主流， 制作工艺复杂、目前技术还不够成熟等。如何研发出高容量和高电压的正极材料，是摆在中国 就能量密度而言，锰酸锂优于磷酸铁锂，三元材料企业面前的一道较为紧迫的课题。 又优于锰酸锂。但每种材料都有自己的优势和缺陷， 龛妾寺赫． 有自身的应用领域和市场需求，从未来发展来看，能量 谬丐义陬 密度的提升将是锂离子电池正极材料的方向。从中日 [ 1 ] 李卫．锂离子电池正极材料技术研究进展[ J ] ．无机盐工业， 韩代表性企业来看，A E s C 企业现阶段侧重高电压化 Z U D ，4 ， o J ．1 。。 的发展方向，在现有“锰酸锂 三元材料”的基础上，开 心1 主萋霎冀墓型篓葛嚣离子电池负极材料的研射叫_ 北煎北 发出了镍锰酸锂电池，这种电池技术使用高电压的 [ 3 ] 何栏富锂正极材料叫L i 。N i 。．，c 。。。，M 。。钳] o 的合成及其 5V 级镍锰酸锂材料替代现有的锰酸锂材料池技术，电化学性能研究[ J ] 矿冶工程，2 0 1 5 ，3 5 1 1 0 7 一l l o ． 能量密度可以提高2 5 ％甚至更多。三星S D I 和L G 化 [ 4 ] 程磊，王志兴，贺振江，等不同制备方法对正极材料o 5 “M n o ，’ 学做法差不多，主要是提高三元材料的容量，再将三元慧筌童苍丢_ 芝了构、形貌、电化学性能的影响L 矿 材料用量比重降低，这样电池的能量密度可以进一步 [ 5 ] 胡传跃’郭军，文瑾，锂离子电池I j N i ；M 。，，s i o 。 ，o ．4 ～o ．7 正 提升。下一步也就是将N C M 换成N C A 【lo | 。而中国正极材料的电化学性能[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 3 2 1 1 2 1 1 5 ． 极材料也朝着高电压化、高容量化方向发展。 [ 6 ] 何敏，习小明，周友元二氧化锰还原法制备锰酸锂材料及其性 能研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 4 4 “9 1 2 1 ． 4 结{ 吾 [ 7 ] 李华成，钟胜奎，李普良，等．溶胶一凝胶法制备u F e P o 。／c 及其电 化学性能[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 4 1 1 0 3 一1 0 6 ． 从材料种类、地区分布和企业产销量3 方面阐述 [ 8 ] 任国兴．含锰废旧聚合物锂离子电池还原熔炼回收有价金属试验 了正极材料发展现状。在地区分布上以中日韩三国为 研究[ J ] ．矿冶工程，2 0 1 5 ，3 5 3 7 5 7 8 ． 主，日本和韩国的技术水平和质量控制能力优于中国， [ 9 ] 电源技术杂志编辑部2 0 1 5 年全球小型锂电池产业规模将达5 0 0 在高端市场有优势。从全球主要企业正极材料销量来 [ 。。] 气豢鼍嚣未淼谣箕裔新能源汽车发展 。 看，钴酸锂仍是小型锂电领域正极材料的主力，随着动 [ E B ／o L ] ．h t t p ／／。。．。a l l i ．。。L ／。n ／p r o d 。。t d 。t a i l ．p h p i d 力电池用正极材料市场增加，三元材料的市场份额会 8 8 ＆s o r t o ． 万方数据