中长期来看,富锂正极、高电压电极都是提升能量密度的重要技术路线。更长远的终极:也许可以重点聚焦周期表右上方元素——具备小的电化当量、高的电极电位,更有作为正极潜质的元素,筛选出极具应用前景的无锂正极。
但材料革新中对能量密度的提升,往往意味着对其他性能如循环性能、稳定性等方面的牺牲,并且新的正极材料需要寻找更适合的配套材料如相对应的负极、电解液等,成本也将成为掣肘产业化的问题。
因此,正极材料革新及产业化的方向并不完全追求单一性能的极致,而是更看重综合性能的同步提升。
相信随着时间推移和技术进步,相关问题得以解决后,我们会看到材料变革带来的产业进步,如同半导体行业的摩尔定律。
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2. 负极材料
负极材料的作用是储存和释放能量,主要影响锂电池的循环性能等指标。目前,石墨负极本身并不存在缺口,然而双碳政策下,内蒙产能受到影响,因此负极材料也是供不应求。
负极材料可分为碳系材料和非碳系材料,其中碳系材料中的人造石墨是当前绝对主流,成本和性能相对占优,典型企业是北交所一哥贝特瑞。
石墨负极最核心的问题是其能量密度的理论上限为372mAh/g,行业头部公司的产品已可实现365mAh/g的能量密度,逼近理论极限。基于此,大家开始将目光转向硅基负极,其中硅碳负极材料被认为是前景最佳的技术路线。
特斯拉已将硅碳负极应用于 Model 3,在人造石墨中加入 10%的硅,单体能量密度成功实现300Ah/g,大幅领先传统技术路线的电池。
然而,硅碳负极的加工技术仍不成熟,当前硅碳负极材料市场价格已经超过15万元/吨,是人造石墨负极材料的两倍,其技术和配套工艺还有待成熟,典型企业包括江西紫宸、璞泰莱、致德新能源等。
另一个负极研发热点是金属锂负极,其因“高比容、低电位”等特性而具有应用潜力,但还需要解决锂枝晶带来的安全问题等。
金属锂负极可能中短期将在无人机等细分领域进行推广商用,在动力领域商用预计还需要更长的时间。
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3. 电解液
电解液包括高纯度的有机溶剂、电解质锂盐和添加剂,主要作为离子迁移的载体,保证离子在正负极之间的游动。按成本划分,电解质锂盐占比约40%~50%,溶剂占比约30%、添加剂占比约10%~30%。
电解液虽然不是最为核心的原料,却是近年来缺口最大、价格上涨最为严重的部分,尤其是其中的电解质——六氟磷酸锂,其扩产和环评需要的时间较长,整体需要1.5-2年的时间,价格已经从年初的十几万一吨上涨至五六十万一吨。目前天赐材料、新宙邦等公司都在积极扩产,能锁定客户长单、绑定上游氟化氢、氟化锂等资源的电解液生产企业更具业绩确定性。
为应对六氟的涨价和缺货,电解液企业纷纷探索新的替代性方案,新型锂盐LiSFI代替LiPF6就是其中的一种。这种新型电解液可以提升电池安全稳定性,提高耐低温耐胀能力,但制备成本相对较高。作为替代方案,LiSFI的需求主要取决于与LiPF6之间的价格差。
除电解质的稀缺,添加剂VC今年也暴涨3倍左右。
添加剂的作用主要是改善界面特性、提高电解液导电能力、以及进行内部过充电保护等。VC是最广泛应用的添加剂,有利于促进稳定 SEI 膜(在液态锂离子电池首次充放电过程中,电极材料与电解液在固液相界面上发生反应,形成一层覆盖于电极材料表面的钝化层)的形成,提升电解质性能。?
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电解液未来主要的创新将体现在对新型锂盐和新型添加剂的开发。如蜂巢能源开发出以凝胶电解液为电解质的“果冻电池”,提升安全性能。
进一步地,电解液未来最有前景的变革将是从液态电解液逐步向固态电解质变革,大幅提升锂电池安全性及其他综合性能。
4. 隔膜
锂电池的隔膜是一种经特殊成型的高分子薄膜,薄膜有微孔结构,可以让锂离子自由通过。
目前来看,锂电池隔膜技术壁垒最高,行业集中度最高,国内市场CR5达到82.1%,仅龙头恩捷股份国内市占率就达到44.1%,基本达到寡头垄断格局,毛利率也在一众锂电材料公司中堪称最为丰厚。
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