鉅大LARGE | 點擊量：876次 | 2019年04月27日
作為鋰離子電池的關鍵部件，分離層主要起什么作用呢？
美國增長咨詢公司弗若斯特沙利文公司11月發(fā)表研究報告稱，未來一段時間，電動汽車市場將穩(wěn)定增長，混合動力汽車和電動汽車中鋰離子電池技術將取代鎳氫電池技術，在此帶動下，相關化工材料市場將快速發(fā)展。
環(huán)境可持續(xù)性現已成為交通行業(yè)的發(fā)展趨勢。目前，電動汽車在歐美和亞洲一些國家廣受政策支持，但其電池系統(tǒng)的安全性成為公眾是否接受電動汽車的一個關鍵因素，主要是由于汽車行駛時產生的熱量容易引發(fā)電池中化學反應導致爆炸，因此研發(fā)性能超群的隔熱材料和設計電動汽車的熱管理系統(tǒng)是推廣電動汽車的關鍵。因為鋰離子電池能量密度高，預計未來將有望取代鎳氫電池應用到混合動力和電動汽車上。弗若斯特沙利文公司預計，2013～2015年，隨著鋰離子電池價格的降低和基礎行業(yè)的發(fā)展，電動汽車鋰離子電池市場將迅猛發(fā)展。
電動汽車鋰離子電池組件主要有陰/陽極活性材料、層板、電解質、分離層和黏合劑等，其中陰極活性材料為技術發(fā)展的關鍵，預計2008～2016年電動汽車鋰離子電池材料市場的年均增長率將達125%。
作為鋰離子電池的關鍵部件，分離層主要起到分隔陰陽極、維持離子傳導的作用，因此多孔質薄且牢固的分離層能夠提高鋰離子電池的性能。目前分離層材質主要有陶瓷和聚合物(包括聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯等)兩種，分離層的生產工藝也有濕法生產和干法生產(不使用溶劑)兩種，濕法生產工藝在亞洲較為常見。預計2008～2016年，鋰離子分離層產量將以年均129%的速度增長。
目前，鋰離子電池使用的典型電解質是溶于碳酸乙烯混合溶劑中的鋰鹽LiPF6。LiPF6價格相對便宜且導電性好，但是它產生的HF會對電池層板產生腐蝕，為此，人們又開發(fā)了LiFAP、LiBOB等替代品。鋰離子電池電解質和添加劑市場主要包括：電解質溶液、添加劑及溶劑、鋰鹽、活性酸和碳酸鋰。預計2008～2016年，該市場產量將以年均136%的速度增長。
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電動汽車鋰離子電池陽極活性材料主要是石墨。石墨分天然石墨和合成石墨兩種。天然石墨有晶狀、非晶狀和鱗片狀;合成石墨純度高，主要由焦炭和瀝青提煉而成，是制作鋰電池的理想材料，但價格昂貴。
石墨作為陽極材料會形成鋰針狀晶體，這有助于保證電池結構完整性。但是，由于石墨的儲能性較差，人們開始開發(fā)非碳陽極材料。常見的非碳陽極材料包括硅、錫和鈦酸鹽等。據預計，2008～2016年鋰離子電池陽極材料產量將以年均134%的增速增長。2009年鋰離子電池陽極材料主要生產廠商大多為日本的石墨供應商。近年來，歐美、中國廠商也在加大此方面的研發(fā)力度，預計未來將稱為市場新勢力。
鋰離子電池陰極活性材料是關鍵的部件。和陽極材料不同，陰極材料目前應用多種技術，包括鋰鈷氧化物(LCO)、鋰鎳鈷鋁(NCA)、鋰鎳錳鈷(NCM)、鋰錳尖晶石(LMO)和磷酸鋰鐵(LFP)等。其中，鋰鈷氧化物應用相對較多，但其安全性較低，尚不能批量用于電動汽車。據預計，2008～2016年電動汽車鋰離子陰極材料產量將以年均134%的增速增長，目前主要生產廠商有日本的Nichia和比利時的Umicore，歐美的其他廠商如巴斯夫、PhostechLithium在此方面的發(fā)展也很迅速。
鋰離子電池其他組件材料市場包括電極材料黏合劑、電極容器和鋰離子電池包裝層板。電極容器主要是金屬箔，主要由日本廠商提供;電極材料黏合劑要求高純度、耐腐蝕和附著力強，目前使用較多的是聚偏氟乙烯。
什么是21世紀最稀缺的礦產資源?
不是煤炭，也不是鐵礦石，而是鋰。這種自然界中最輕的金屬，卻可能是未來能源格局中分量最重的資源。樂觀者認為，中國在今年啟動雄心勃勃的電動車計劃將極大地拉升對鋰電池主要原料鋰的需求——當電動車達到100萬量時，中國對鋰的需求將超過現有全球鋰的供應量。還有人聲稱，汽車業(yè)從石油轉向鋰，不過是從一種有限的資源換到了另一種有限的資源。這種邏輯下，鋰顯然會取代石油成為財富的符號。
考慮到全球鋰礦產能的動態(tài)增長，以及鋰電池隨著技術提示而減少對鋰的使用，上述預言或許過于危言聳聽了。但在中國宏大的電動車計劃里，供不應求局面已開始顯現。大約有1000多家鋰電池及電池材料生產商在參與中國鋰產業(yè)的赤膊戰(zhàn)，這提前預演了對上游原料的爭奪場面。在最被看好的磷酸鐵鋰電池上游，磷酸鐵鋰的供應正在成為問題，全球最大的磷酸鐵鋰供應商天津斯特蘭公司，產能也不過2000噸。中國有100多家企業(yè)在開足馬力生產磷酸鐵鋰，但真正能生產高品質產品的企業(yè)不超過10家，他們將是未來鋰電池產業(yè)的上游主導者。尋找并發(fā)現他們也將是投資者最大的興趣所在。
早在1986年，863計劃啟動時，鋰電池就被視為中國的戰(zhàn)略產業(yè)之一。但中國的研究多年停滯不前，鋰電池成為日本和美國人壟斷的領域。直至最近幾年民營企業(yè)與專業(yè)研發(fā)機構走到一起，中國鋰電池的技術才得到質的飛躍。在鋰電池的關鍵部件如隔膜上，中國已經有少數公司可以與世界最好的公司抗衡。
鋰產業(yè)只是整個儲能市場的冰山一角。比電動車市場更大的，是新能源并網環(huán)節(jié)和城市里電力的削峰填谷。這三者是互為犄角的一個生態(tài)系統(tǒng)。儲能不僅能保證在最上游的發(fā)電環(huán)節(jié)接入的新能源電力是持續(xù)而且穩(wěn)定的;在能源的使用端，白天和黑夜的巨大需求差異也需要儲能削峰填谷;而新增加的電動車，有專家表示，如果中國現有車輛全部轉換為電動車，將等于重建一個國家電網系統(tǒng)，簡直是災難性的投入。最理想的狀態(tài)下，電動車應不僅能作為能量的吸取方，也可將電力輸送回電網以調節(jié)峰谷，這可大大減少電網為了平衡負荷增加過多的建設。在終極能源版圖里，儲能將成為一種分布式、智能可控能源格局里基石。而現在，儲能只不過占裝機總量的不到2%。這顯然意味著在上述3個方面，儲能蘊藏這巨大的商業(yè)機會。
鋰電池一度被認為也適用于后二者，但在最近國家電網投資的國家風光儲輸一期示范工程中，總量18兆瓦的磷酸鐵鋰電池儲能系統(tǒng)招標暫停了。原因在于其成本過高，而且當手機里的電池放大數百倍時，其電池一致性的問題仍未解決。在大型儲能領域，風頭最勁則屬納硫電池，其能量密度接近鋰電池，而且不存在一致性問題。于此類似的，液流電池的代表釩電池也逐漸被公認更適合大規(guī)模儲能應用。在前者上，國家電網公司已經接近產業(yè)化。而后者，代表公司如普能通過收購國外領先技術擁有者，成為全球最具競爭力的電池公司之一，并因此獲得了風投三輪共計3000多萬美元的投資。
事實上，在電池領域沒有完美產品。鉛酸電池，性能穩(wěn)定但壽命太短，且能量密度過小;鈉硫電池，必須保證300℃的工作溫度;釩電池，能量密度太低。最為考驗創(chuàng)業(yè)者的是為這些電池找到趨利避害的應用市場。如釩電池雖然能量密度低，體積大，但其液流電池的構造可以使得其反復、長期的快速充放電。所以，其天然適合對占地面積不敏感的大型新能源儲能，而不是城市里的削峰填谷，更不是電動車的狹小空間;再比如，被視為落后產品的鉛酸電池，因其價格低廉，反而有可能在農村這些沒有充電樁問題的市場，率先應用到初級電動車上。而隨著市場的培育，這些務實的公司則有了往更高級產品升級的門票。所以，投資者在這一領域可能要警惕技術至上的原則，那些對產品應用路徑有著敏銳判斷，對商業(yè)模式有所創(chuàng)新的公司，同樣也具有投資價值。
至此，我們討論的仍只是儲能解決方案里最為熱點的，但僅僅是很小的一部分。遵循儲能的原理：電力——其他能量——電力這一路徑，電力可以轉換為化學能、勢能、動能、電磁能等形態(tài)存儲。其中物理儲能包括抽水蓄能、壓縮空氣儲能和飛輪儲能;電磁儲能包括超導、超級電容和高能密度電容儲能;電化學儲能包括鉛酸、鎳氫、鎳鎘、鋰離子、鈉硫和液流等電池儲能;相變儲能包括冰蓄冷儲能等。
事實上，隨著儲能市場的快速啟動，一些傳統(tǒng)儲能技術正在卷土重來。7月初，英利新能源董事長苗連生在海南宣布，英利正在開發(fā)新一代飛輪儲能。飛輪儲能是將電力轉換為高速轉動的飛輪動能，并在需要時利用飛輪驅動發(fā)電機發(fā)電。其在1990年代曾在日本和美國用于電力儲能試驗，但至今仍未有大規(guī)模儲能應用。飛輪重新得到重視，得益于利用高溫超導在磁懸浮方面的突破。這使磁懸浮軸承成為可能，使其可以消除軸承磨擦損耗;其二，碳纖維等高強度材料的出現，它可以使飛輪有更高的轉速，從而讓飛輪儲存更多的能量。
而相變儲能的應用前景——建筑節(jié)能更具想象力。中國建筑耗能占總耗能比例超過30%，冰蓄冷儲等相變儲能雖然無法儲存電力，但能夠調節(jié)熱量。其與被動式節(jié)能技術相結合，可以大規(guī)模、廉價的解決建筑節(jié)能問題。對于中國而言，這是比電動車更為劃算的節(jié)能減排路徑。在那些對低碳經濟有著克制、理性規(guī)劃的地方如上海，建筑節(jié)能正在獲得政府的政策支持。在容易推廣的公共、商業(yè)建筑領域，相變儲能顯然有大把的機會。
