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锂电池四大组成材料深度解读锂电行业泡沫已经很大了？

前言

“锂”这个字眼，第一次出现在中国，是用在朱元璋十世孙，第八位内丘王朱效锂身上。

朱元璋贡献了半张元素周期表。明太祖登基后，给每一个儿子都拟定了20个字，每个字为一世。宗人府在给朱氏后人取名时，双名的前一个字按照所属辈分，必须从朱元璋所定下的那20个字中取，后一个字则必须是以“火、土、金、水、木”这五行为偏旁部首的字。然而随着朱家人口增长，很快就把当时即有的汉字用完了只能自己造一些生僻字，钛、锂、钴、钼……不一而足。现在，不少借用了这些王爷名字的有色金属概念股已经涨上天。

朱效锂王爷生卒年皆不详，正史上除了一个名字外，再也找不到其生平任何记载。只知道其封地位于山西省山西长治市。

有意思的事情来了：公开报道显示，长治经开区重点培养的特色产业正是新能源材料技术，2021年6月17日，引进了年产2万吨的锂电池负极材料项目。

锂电涉及相关行业

锂电池的应用场景主要分为三类：消费类(消费电子、电动工具等)、动力类(电动汽车)、储能类(通信基站备用电源、电力电网储能、家庭电力储能等)。

消费类中，由于钴酸锂LCO的能量密度最高、成本最高(采用的贵金属钴最多)，对电池价格并不敏感的消费电子多数使用钴酸锂LCO。

在动力类领域，2009-2016年间，磷酸铁锂LFP凭借着低成本、高安全性，成为乘用车领域(即9座以下)、商用车领域(9座以上，或以载货为主要目的)的主流选择。

2016年后，在汽车消费者对续航能力的高要求、政策对高能量密度电池的倾斜的背景下，三元材料凭借着高能量密度在乘用车领域异军突起，但商用车领域依然主要使用磷酸铁锂LFP。

储能类中，国外主要采用三元材料，国内主要采用磷酸铁锂，尤其是是梯次利用的磷酸铁锂。随着国产磷酸铁锂LFP电池技术成熟、成本下降、安全性被验证，国产磷酸铁锂LFP逐渐渗透到全球储能市场。

锂电池的四大组成材料

锂离子电池是现代高性能电池的代表，由正极材料、负极材料、隔膜、电解液四个主要部分组成。性能要求高能量密度、长寿命、可靠安全。

国内电动化供应链完善，格局已经清晰。2019年中国企业在动力电池/正极/负极/隔膜/电解液行业的CR4分别达到了77%/28%/75%/61%/67%，各子领域龙头已经明确。

锂电池正极材料

近年来，我国新能源汽车产销量的双丰收带动了整个上下游产业链快速发展，特别是对动力电池的需求量不断攀升。由于动力电池占新能源整车制造成本大约30~40%，要使新能源汽车更具价格优势，形成足够的市场竞争力，必须降低动力电池成本。而在动力电池的构成成本当中，正极材料的成本超过40%(相当于占整车的16%左右)，所以如何降低正极材料的成本成为关键。

数据统计显示，2020年国内四大正极材料总产量51.9万吨，同比增长20.8%，其中磷酸铁锂材料表现强势，产量达到14.2万吨，同比增长45.7%。钴酸锂与锰酸锂正极材料的产量分别为7.38万吨及9.29万吨，同比分别增长24.8%及21.6%;三元材料产量增速最缓，仅7%，全年总量为21万吨。

2020年第一季度实现供货的正极材料厂商17家，相比2019年减少了7家，表明行业洗牌已经开始，产能、技术、客户结构较差的小企业开始退出市场，集中度有望提升。

正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，也是目前商业化锂离子电池中主要的锂离子来源，其性能和价袼对锂离子电池的影响较大，直接影响锂电池的能量密度和性能。目前研制成功并得到应用的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料(镍钴锰酸锂、镍酸锂)等，目前国内主流的锂电池正极材料主要是磷酸铁锂和三元材料这两种。

钴酸锂成本较高、寿命较短，主要应用于3C产品;锰酸锂能量密度较低、寿命较短但成本低，主要应用于专用车辆;磷酸铁锂寿命长、安全性好、成本低，主要应用于商用车;三元材料尤其是NCM能量密度高、循环性能好、寿命较长，主要应用于乘用车。

三元电池企业多在集中布局高镍三元电池的研发。虽然在与磷酸铁锂电池的竞争中，三元锂电池在安全性和稳定性上略逊一筹，但确具有其他电池无法比拟的电池能量密度、耐低温、续航里程的优势。

表：各种正极材料参数对比情况

正极材料需要具备以下特点：

1)具有较高的氧化还原反应电位，使锂离子电池达到较高的输出电压;

2)锂元素含量高，材料堆积密度高，使得锂离子电池具有较高的能量密度;

3)化学反应过程中的结构稳定性要好，使得锂离子电池具有长循环寿命;

4)电导率要高，使得锂离子电池具有良好的充放电倍率性能;

5)化学稳定性和热稳定性要好，不易分解和发热，使得锂离子电池具有良好的安全性;

6)价格便宜，使得锂离子电池的成本足够低;

7)制造工艺相对简单，便于大规模生产;

8)对环境的污染低，易于回收利用。

当前，锂离子电池的能量密度、充放电倍率、安全性等一些关键指标，主要受制于正极材料。

锂电池负极材料

负极是锂电池的主要组成部分，它是由负极活性物质、粘合剂和添加剂混合制成糊状均匀涂抹在铜箔两侧，经干燥、滚压而成。

负极材料主要指的是负极活性物质。负极可分为碳材料和非碳材料两大类，碳材料包括人造石墨、天然石墨、中间相碳微球和硬碳软碳等，非碳材料包括硅基材料、锡基材料和钛酸锂等。

2020年中国负极材料产量达到46万吨，同比增长28%。全球负极材料市场继续向中国集中，2020年中国负极材料产量已经占到全球总产量的85%左右。总体来看，负极材料行业呈现寡头垄断的态势。

负极材料需要具备以下特点：

1)应为层状或隧道结构，以利于锂离子的脱嵌;

2)在锂离子脱嵌时无结构上的变化，具有良好的充放电可逆性和循环寿命;

3)锂离子在其中应尽可能多的嵌入和脱出，以使电极具有较高的可逆容量;

4)氧化还原反应的电位要低，与正极材料配合，使电池具有较高的输出电压;

5)首次不可逆放电比容量较小;

6)与电解质溶剂相容性好;

7)资源丰富、价格低廉;

8)安全性好;

9)环境友好。

锂电池隔膜

隔膜是锂电池材料中技术壁垒最高的环节,其性能的优劣对锂电池的轻量化和安全性至关重要，直接影响电池内阻、循环使用寿命、电池容量等性能，是锂离子电池的重要组成部分，是支撑锂离子电池完成充放电电化学过程的重要构件。

隔膜是锂电池中的关键内层组件之一，市场上锂电池隔膜主要分为干法隔膜与湿法隔膜两种，两者在原理和工艺上有非常大的区别。湿法隔膜厚度均匀性更好，拉伸度更高，更适用于高能量密度的三元电池。

隔膜行业洗牌加速，湿法隔膜形成一超多强格局，恩捷股份龙头地位进一步增强，第二梯队企业尚未明确;干法隔膜基本形成以星源材质为首寡头垄断的竞争格局。

数据显示，2020年中国锂电隔膜产量32亿平，同比增长27%。2020年，国内锂电隔膜市场集中度继续提升，产量CR5集中度达到82%，较2019年增长10%。

数据显示，2020年中国锂电隔膜产量32亿平，同比增长27%。2020年，国

内锂电隔膜市场集中度继续提升，产量CR5集中度达到82%，较2019年增长10%。

隔膜材料需要具备以下特点：

隔膜在其中扮演着电子隔绝的作用，阻止正负极直接接触，允许电解液中锂离子自由通过孔隙，同时，隔膜对于保障电池的安全运行也起至关重要的作用。在特殊情况下，如事故、刺穿、电池滥用等，发生隔膜局部破损从而造成正负极的直接接触，从而引发剧烈的电池反应造成电池的起火爆炸。因此，为了提高锂离子电池的安全性，保证电池的安全平稳运行，涂布在线认为隔膜必须满足以下几个条件：

(1)化学稳定性：不与电解质、电极材料发生反应;

(2)浸润性：与电解质易于浸润且不伸长、不收缩;

(3)热稳定性：耐受高温，具有较高的熔断隔离性;

(4)机械强度：拉伸强度好，以保证自动卷绕时的强度和宽度不变;

(5)孔隙率：较高的孔隙率以满足离子导电的需求;

锂电池电解液

电解液是有机溶剂中溶有电解质锂盐的离子型导体，相当于锂离子电池的“血液”，承担着运输锂离子的重任，是锂离子电池获得高电压、高比能等优点的保证，同时也在一定程度上影响锂离子电池的安全性。