新材料
——鋰電池報告

新產業(yè)報告

新材料
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報告關鍵要素

鋰離子電池具有工作電壓和比能量密度高、循環(huán)性好、無記憶效應等優(yōu)點被廣泛用于便攜裝置儲能電池中，并在新能源汽車動力電池方面潛力巨大。本文對鋰電產業(yè)及鋰電池所屬各類材料的現(xiàn)狀和趨勢進行了梳理。預計2013年，鋰電材料用量規(guī)模有望在2010年基礎上翻倍。

投資要點

◇ 鋰電產業(yè)：高增長中孕育“火山爆發(fā)”。2010年全球鋰電池總容量同比增長34.26%，鋰電池各關鍵材料用量同比增長50%左右。鑒于新能源汽車的巨大市場，2013年鋰電池所需總容量為58138MWh，與2010相比增長178%，屆時對應的鋰電材料有望翻倍。

◇ 正極材料：三元和錳酸鋰前景看好。正極材料中鈷酸鋰仍占據(jù)主要份額，三元、錳酸鋰和磷酸鐵鋰已被用于新能源汽車動力電池中，且三元增速靚麗。

◇ 負極材料：高容量電池的基石。炭材料是負極市場主流，而天然石墨因成本優(yōu)勢逐步侵蝕其它負極材料。人造石墨和中間相炭微球在動力電池領域更具競爭力，合金負極材料是高儲能鋰電池的首選。

◇ 電解液。電解液核心組分六氟磷酸鋰國內市場占有率有望進一步提高，新型鋰鹽Li2B12F12具有優(yōu)良的高溫穩(wěn)定性而受到重視。目前電解液領域的研究重點是添加劑選型與配比。

◇ 隔膜。隔膜呈現(xiàn)三個梯隊，國內三巨頭星源材質、金輝高科和新鄉(xiāng)格瑞恩市場占有率逐步提升，但動力電池用隔膜品質仍需提升。其它材料：中科英華下屬的聯(lián)合銅箔(惠州)占據(jù)銅箔主要市場。

◇ 投資策略：綜合政策、技術和產業(yè)鏈整合優(yōu)勢考慮，建議關注杉杉股份、中國寶安、當升科技、江蘇國泰、佛塑股份、新宙邦、九九久、多氟多、江特電機、云天化、南洋科技。

◇ 分析提示：技術開發(fā)風險以及新能源汽車用動力鋰電池市場的不確定性。

全球資源緊缺和環(huán)境惡化使人類發(fā)展面臨嚴峻挑戰(zhàn)，低碳經濟以及全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略使以儲能技術為基礎的新能源汽車受到各國政府關注，目前主要包括鎳氫和鋰電池。新能源汽車發(fā)展的核心技術包括動力電池、發(fā)動機系統(tǒng)和電控系統(tǒng)，其中動力電池被比喻為其“心臟”，成本占比50%。隨著鋰電池性價比的提高，將逐步替代鎳氫電池成為新能源汽車用動力電池的主流。

1.鋰電池概述

1.1 鋰電池原理

鋰離子電池商業(yè)化應用起始于20世紀90年代，日本索尼公司使用焦炭作為負極材料，從而克服金屬鋰電池可能導致起火甚至爆炸的缺陷。其工作原理是在充放電過程中，鋰離子通過導電電解液在正極-負極-正極之間像運動員一樣來回跑動，故俗稱“搖椅式”電池，簡稱鋰電池或LIB。

圖1 鋰電池原理示意圖

表1 二次電池性能比較

同其它二次電池相比，鋰電池具有無記憶效應、比容量高以及可快速充放電等優(yōu)點而被廣泛用于儲能電池，且特別在新能源汽車動力電池領域極具競爭力。

1.2 鋰電池組成

圖2 鋰電池構成及成本組成

鋰電池主要由正極、負極、電解液、隔膜四種關鍵材料和輔助材料如容器、正/負極集流體、絕緣片、極耳、安全閥等構成。就成本構成而言：正極材料比重最大，占比40～46%，其次是隔膜、負極和電解液。

1.3 鋰電池分類

鋰電池可根據(jù)應用領域、形狀、正極材料、電解液、外殼包裝材質等進行分類。結合日本IIT(Institute of Information Technology ，工業(yè)信息研究院，簡稱IIT) 統(tǒng)計慣例和業(yè)界習俗，本文采納如下兩類分類方法：一是根據(jù)應用領域分為儲能電池和動力電池。二是結合形狀和外包裝材料分為方形鋰電池(Prismatic LIBPr LIB)、圓柱鋰電池(Cylindrical LIB-Cy LIB) 和軟包鋰電池(Pouch LIB)。

表2 鋰電池分類及應用

2010年，圓柱和方形鋰電池出貨占比均為41.8%，軟包鋰電池占比16.4%。

圖3 不同類型電池出貨比例(2010年)

1.4 鋰電池應用

鋰電池應用分便攜裝置用儲能電池和新能源汽車用動力電池。前者主要包括3C產品，即計算機、通訊和消費電子產品。動力電池包括電動自行車和新能源汽車以及電動工具等領域。隨著鋰電池性價比的進一步提高，未來將向大規(guī)模太陽能系統(tǒng)、電網(wǎng)調峰、住家電力儲存設施方面延伸。

圖4 鋰電池應用演變

2. 鋰電材料

2.1材料：鋰電池之基石

圖5 鋰電產業(yè)鏈

鋰電產業(yè)鏈包括上游原料、中游鋰電材料和鋰電池制備及下游鋰電池應用。鋰電材料在鋰電產業(yè)鏈中的重要性概括為：一是鋰電池性能60%是由材料性能決定的；二是鋰電池應用的推廣與普及由其性價比決定，而鋰電材料在鋰電池成本組成中占據(jù)重要份額。下面就鋰電材料的現(xiàn)狀、未來發(fā)展趨勢及市場進行梳理與歸納，并對動力電池用鋰電材料進行重點分析。

2.2 正極材料

2.2.1 簡介

目前，商業(yè)化用正極材料主要包括鈷酸鋰(LCO)、鎳酸鋰(LNO)、鎳鈷錳酸鋰(NMC，簡稱三元)、錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)等。正極材料性能的主要評價指標包括工作電壓、比容量、首次效率、壓實密度以及循環(huán)性等。

表3 主要正極材料及性能指標

圖6 主要正極材料價格變化曲線 單位：日元/千克

圖7 正極材料相關金屬期貨價格曲線

2.2.2 動力電池用正極材料

綜合考慮正極材料能量密度與發(fā)熱量：三元材料、錳酸鋰、磷酸鐵鋰以及摻雜改性后的鎳酸鋰(NCA，Li(Ni_Co_Al)O2)已用于動力電池中。特別地，三元材料和錳酸鋰前景看好。

圖8 正極材料產品體積能量密度與發(fā)熱量 單位：焦耳/克

2.2.3 現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

作為動力鋰電池正極材料，安全性尤為重要，其次是高功率充放電、高能量密度以及環(huán)境友好和價格便宜。其中，評價安全性的兩個重要指標是充電時形成枝晶的難易程度和氧化-還原反應溫度。下對儲能和動力電池用各類正極材料現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行歸納：

鈷酸鋰(LCO)。鈷酸鋰正極材料自鋰電池研發(fā)成功以來一直被應用，目前在手機和筆記本電腦方面占據(jù)90%的市場。其特點是壓實密度高，單位體積能量密度為808mAh，且Li/Co 十分重要，一般都小于1。

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上指出：要做好在高校教師和學生中發(fā)展黨員工作，加強黨員隊伍教育管理，使每個師生黨員都做到在黨愛黨、在黨言黨、在黨為黨。學生公寓是高校育人的重要陣地，要積極推進黨組織進公寓，以黨員工作站為抓手，以改革創(chuàng)新的精神，積極實施“黨建進學生公寓工程”將黨建工作延伸進學生公寓，打通整個黨組織“神經末梢”，充分發(fā)揮了黨員在生活中的各種模范帶頭作用。

由于手機電池的迅速發(fā)展，需要適應3C～4C的高倍率放電要求，希望正極材料粒徑由過去的大顆粒向小型化發(fā)展，理想是控制在5～10μm以保證電極密度。主要研究影響材料粒徑和特性的因素，包括原料、沉淀方式、pH值、反應溫度等。同時通過研究摻雜以提高充電電壓而提高能量密度。

鎳酸鋰(LNO)。其特點為能量密度高，但安全性欠佳，須摻雜后方能使用。該材料Ni含量須嚴格控制，因Ni+容易占據(jù)Li+的位置。研究重點在LNO中摻雜Mn、Al和Co等，可以提高材料安全性，如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2材料與氧的熱反應溫度由200℃增加到310℃，可用于動力電池中。制備方法中的濺射干燥法已在業(yè)界推廣，該方案來于戶田工業(yè)(Toda Kogyo)。

錳系正極材料。該材料特點是錳資源豐富，環(huán)境友好且價格便宜。目前已報道的錳系材料包括尖晶石型LiMn2O4、尖晶石型Li2Mn2O4、斜方晶形LiMnO2、層狀LiMnO2、O2型Li0.7MnO2、Li0.33MnO2等。其中，有潛力的Mn系正極材料是LiMn2O4、斜方晶形LiMnO2和層狀Mn基材料如LiNixMnyCo1-x-yO2(三元材料，NMC)和 LiMnxNi1-xO2。

尖晶石錳酸鋰LiMn2O4材料在進入過充狀態(tài)時，Li+繼續(xù)脫嵌，結構轉變?yōu)閷訝頛iMnO2，從而避免金屬析出而引起內部短路，同時其氧化還原溫度高達250℃，故具有優(yōu)異的安全性，被認為是新能源汽車動力電池的最佳選擇，其研究熱點在于優(yōu)化制備工藝和摻雜，如摻雜Mg和Al以克服高溫容量衰減問題。

三元材料為基于六方晶系中的a-NaFeO2層狀結構，其特點是引入Co能減少陽離子混合占位情況，有效穩(wěn)定材料的層狀結構；引入Ni可提高材料的容量；引入Mn可降低材料成本和提高材料的安全性。研究熱點在于調節(jié)Mn、Ni、Co三者的比例，在新能源汽車用動力電池中前景看好，目前已有532、442等配比。

同時，業(yè)界也致力于發(fā)展一種具有層狀結構固溶體材料—Li2MnO3與LiMO2(M=Co、Ni、Mn等各種金屬)，其特點是層狀數(shù)可能超于275層的理論上限，結構上具有一個鋰層和各種過渡金屬層(Co、Ni、Mn等)，初始充電會造成鈷、鎳、錳等元素遷移至鋰層從而形成穩(wěn)定結構，比容量超過250mAh/g，對鋰電位提高至5V。

磷酸鹽體系(LMPO4)正極材料。該類材料包括橄欖石型和磷酸釩鹽兩類。

橄欖石型結構的磷酸鐵鋰(LFP，LiFePO4)內的P和O緊密結合，在高溫下也不會釋放出氣體，其氧化還原溫度達400℃，故具有高安全性特點。但LFP在實用化的同時其低電壓弱點和材料一致性方面不穩(wěn)定使其在業(yè)界出現(xiàn)了不同聲音，目前國內鋰電供應商比較偏向于使用LFP。但對LFP材料而言，還有包覆碳和碳熱還原兩大核心專利技術問題無法回避。采用Mn置換Fe后的磷酸錳鋰 (LMP，LiMnPO4)的對鋰電位比LFP高出0.7V達4.1V，鋰電池中高的電壓意味著高的能量密度，業(yè)界正加速利用LMP材料的進展。

單斜結構的磷酸釩鹽(Li3V2(PO4)3)的理論容量為332mAh/g，對鋰電位為4.8V，具有高的鋰擴散系數(shù)和優(yōu)良的安全性，且原料價格便宜，在動力鋰電池中頗受關注。目前研究熱點在于優(yōu)化制備工藝，同時通過包覆、摻雜等工藝來改善材料的電導率，從而提高材料的充放電循環(huán)性。

另外，鑒于目前商業(yè)化正極材料比能量密度均未超過200mAh/g，研究熱點還包括不受金屬資源限制、比容量在400～600mAh/g的有機化合物正極材料，如紅氨酸等。

圖9 商業(yè)化正極材料及其發(fā)展趨勢

2.2.4 市場分析

市場顯示：2010年全球正極材料用量45530噸，同比增長50%。其中，鈷酸鋰用量最大為21440噸，同比增長40%，但占比從2009年的50%下降至47%；而三元正極材料用量為15730噸，占比從2009年的31%上升至2010年的35%；鎳酸鋰總比基本持平，而磷酸鐵鋰占比則從5%下降至4%。

圖10 2005年~2010年正極材料需求量

圖11 不同正極材料市場占有率比較

從供應商市場占有率看：優(yōu)美科(Umicore)和日亞化學(Nichia Corp.)的冠亞軍地位仍難以撼動，分別占比32%和24%，國內領頭羊則歸屬當升科技。

圖12 2010年正極材料制備商市場占有率

具體各類正極材料的市場占有率顯示：日本企業(yè)在鈷酸鋰和三元方面優(yōu)勢顯著，其中與杉杉股份聯(lián)姻的戶田工業(yè)在三元和鎳酸鋰方面具有技術優(yōu)勢。國內當升科技的鈷酸鋰產品已進入高端領域。

表4 正極材料主要供應商

2. 3 負極材料

2.3.1 簡介

目前，負極材料種類包括人造石墨(Artificial)、天然石墨(NG core)、中間相炭微球(Meso-phase)、無定形炭(Low-crystallinity carbon)、合金(Metal Type)和鈦酸鋰(LTO)等，其中無定形炭包括軟炭(Soft carbon)和硬炭(Hard carbon)兩種。負極材料主要性能指標有比容量、首次效率、循環(huán)性、灰分、壓實密度等。其中，天然石墨特點是成本低和比容量高，循環(huán)性能略差；而人造石墨和中間相炭微球則具有優(yōu)良的循環(huán)性和穩(wěn)定性，由于需進行高溫石墨化處理，對應材料成本增加。

表5 商業(yè)化負極材料及主要性能指標

2.3.2 動力電池用負極材料

天然石墨、人造石墨和中間相炭微球均已用于動力電池中。動力電池負極材料的選擇主要取決于兩方面：一是電池制備供應商的制備工藝與體系；二是權衡容量與成本之間的關系。結合前述材料特點為：在成本優(yōu)勢方面首選當屬天然石墨，但如考慮周期性和穩(wěn)定性，人造石墨和中間相炭微球則更具競爭力。

同時，鈦酸鋰(LTO)由于其高安全性也將有望用于動力電池負極材料，而硬炭(Hard Carbon)在HEV中則頗受關注。

2.3.3 發(fā)展趨勢

面對動力電池和大型儲能電池兩方面應用，負極材料發(fā)展包括兩方面：一是提高安全性和壽命；二是提高材料比容量。

動力電池中的中間相炭微球用量占比雖然下降，但總體用量基本穩(wěn)定，由于具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和循環(huán)性，將受益于新能源汽車而迎來發(fā)展的第二波春天，未來將向小顆粒方向發(fā)展。對動力電池用人造石墨和天然石墨，研究重點在于進一步改善加工性能、提高壓實密度和性價比。另外，鈦酸鋰和硬炭研究頗受關注。

鈦酸鋰：安全首選

由于炭材料對鋰電位僅為0.1V左右，當電池過充時，碳電極表面易析出金屬鋰，會形成枝晶而引起短路，給電池安全和循環(huán)特性造成一定影響。同時，鋰離子在反復地插入和脫嵌過程中，會使碳材料結構受到破壞而導致容量衰減。

圖13 尖晶石結構示意圖

尖晶石型鈦酸鋰(Li4Ti5O12，簡稱LTO)為面心立方結構，O2-構成FCC點陣，位于32e的位置，部分鋰離子位于四面體8a位置，其余鋰離子與鈦離子(Li：Ti=1:5)位于八面體16d位置，即可表述為[Li]8a[Li1/3Ti5/3]16d[O4]32e，晶格常數(shù)a=0.8364nm。由于其特殊結構，鋰離子在反復插入和脫嵌過程中對結構幾乎無影響，晶格常數(shù)a僅增加到0.837nm，故被稱為“零應變”材料，具有優(yōu)良的循環(huán)性。另外，LTO的對鋰電位高達1.5V，從根源上解決了析鋰的問題。可見，LTO由于安全性和循環(huán)特性優(yōu)良而值得關注。美中不足的是鈦酸鋰的理論容量僅為175mAh/g，實際容量保持在160mAh/g。

硬炭：高倍率特性

HEV用鋰電池須要足夠寬的工作電壓窗口，才能在高倍率下應用。由于硬炭中具有可以儲存鋰原子的微孔，作為負極材料時將使鋰電池工作電壓窗口變寬，即在不同倍率下充放電均具有高的輸入和輸出功率。日本吳羽化學在硬炭領域具有絕對領先優(yōu)勢，國內的上海杉杉在硬炭材料方面具有一定優(yōu)勢。

合金負極材料：高容量儲能電池基石

主流負極材料炭的理論比容量為372mAh/g，目前天然石墨比容量已達370mAh/g，基本接近理論極值。合金類負極材料理論容量是石墨的3～11倍，主要包括Sn、Si以及它們形成的氧化物等。純Sn和Si在飽和嵌鋰時將分別形成Li4.4Sn和Li4.4Si，對應的理論比容量分別為931和4200mAh/g。由于在反復充放電過程中，因充電前后晶體結構差異導致巨大的體積變化使其均不能單獨運用。

以Si合金負極材料為例：它屬于立方結構，除具備高容量特點外，其放電平臺為0.4V，高于碳類材料的0.1V，故在充放電過程中不易引起鋰枝晶在電極表面形成。由于純硅合金負極材料在飽和嵌鋰前后體積變化達400%，將導致電極粉化等不足，使其不能單獨應用。為解決巨大體積膨脹帶來的問題，實際應用與研究分兩部分：一是制備硅基薄膜負極材料，其應用局限于微型電池中；二是制備Si基復合負極材料，利用基體性質緩沖體積變化，其中Si-C 復合負極材料成為研究主流。Si-C 復合材料研究重點是選取合理的炭和硅前驅物，通過一定工藝手段或化學反應后，最終使硅、硅的氧化物均勻分布在炭基體中，從而得到Si-C 復合負極材料，希望分布在炭基體中的硅和硅氧化物為超細顆粒，以便充分利用材料的納米效應來克服體積變化帶來的缺陷。目前，Si-C 負極材料已首先在高容量電池中少量商業(yè)化應用。

圖14 硅負極材料充電前后結構變化示意圖

同時，鑒于鈦酸鋰和硅合金負極材料的優(yōu)缺點，有望將合金類材料與鈦酸鋰材料復合實現(xiàn)容量與安全性的兼顧，從而將硅基合金負極材料逐步過渡于動力電池中。

再從18650電池的容量發(fā)展趨勢看：由于負極材料引入硅系合金，單體電池容量年均增長率將從過去10年的11%提高到2012年的18%，進一步證明鋰電產業(yè)發(fā)展史是由對應鋰電材料推動的。另外，當單體電池容量大于3.4Ah甚至更高時，不能僅依靠電池設計和制備工藝優(yōu)化而獲得，對應的鋰電材料須采用合金類新型負極材料。

圖15 18650單體電池容量發(fā)展趨勢

2010年全球合金負極材料使用175噸，而2009年僅為74噸，同比增長123%。

圖16 合金負極材料需求量

總之，商品化負極材料目前仍以石墨類炭材料為主，合金和鈦酸鋰負極材料是目前的研究熱點，特別是中間相炭微球有望受益于新能源汽車迎來第二波發(fā)展春天。

圖17 商業(yè)化負極材料及其發(fā)展趨勢

2.3.4 市場分析

2010年，全球負極材料用量為26650噸，同比增長50%，增速較高的原因是受2009年全球國際金融危機影響，09年負極用量出現(xiàn)16%的負增長。

圖18 2005~2010年負極材料需求量

目前負極市場的整體格局仍以炭材料為主，新型負極材料諸如鈦酸鋰、合金、無定形炭等市場份額仍然較小。其中，天然石墨因其價格上的優(yōu)勢逐步侵蝕人造石墨的份額，從2007年的38%增長到2010年的51.9%；人造石墨所占份額相對比較穩(wěn)定，而中間相炭微球市場流失較大，從2007年的21%下降到2010年的9%。

圖19 不同負極材料市場占有率

圖20 2010年負極材料制備商市場占有率

從負極材料供應商來看：日立化成(Hitachi Chemical)和日本炭素(Nippon Carbon)仍保持冠亞軍的寶座，而國內則是中國寶安和杉杉股份。

表6 不同負極材料主要供應商

對具體負極材料供應商來看：天然石墨方面是日本炭素和中國寶安旗下的深圳貝特瑞；人造石墨類日立化成的MAGD系列產品占據(jù)主導地位，其次是上海杉杉的FSN和3H系列；中間相炭微球依次為JFE Chemical和上海杉杉。

2.4 電解液

2.4.1 簡介

電解液是鋰電池的血液，其組成包括鋰鹽(電解質)、溶劑和添加劑。目前電解液體系已發(fā)展至第三代。

表7 電解液組成及發(fā)展歷史

電解液中的六氟磷酸鋰鋰鹽國產化率仍比較低，其市場主要被關東電化學、STELLA 、森田化學等日本企業(yè)壟斷。國內目前僅有天津金牛能實現(xiàn)工業(yè)化生產，年產量250噸，產品全部自用不對外銷售，多氟多、江蘇國泰等仍處于試生產階段。

2.4.2 發(fā)展趨勢

鋰電池根據(jù)電解液分為液態(tài)和聚合物鋰電池，對應電解液發(fā)展方向分別為：液態(tài)鋰電池用電解液。研究重點包括兩方面：添加劑和替代型鋰鹽研發(fā)。

對第二代和第三代功能電解液而言，其理念是通過納米膜控制技術將正極、負極的界面化學反應區(qū)分開來，主要添加劑類型包括阻燃添加劑、導電添加劑、成膜添加劑、耐過充過放添加劑、耐高/低溫添加劑等。在電解液中，添加劑優(yōu)先于溶劑在正極表面發(fā)生分解反應，要求添加劑的氧化分解電位略低，但又不易被還原。典型添加劑物質有聯(lián)苯(BP)和鄰位三聯(lián)苯(OTP)，它們在正極表面形成導電性質的ECM 膜。

就新型鋰鹽而言，Li2B12F12由于在400℃仍保持很好的穩(wěn)定性，對解決動力電池的安全性有重要意義，已逐步進入商業(yè)化應用。

圖21 鋰鹽穩(wěn)定性對比

聚合物鋰電池用電解質。聚合物電解質是未來的重要發(fā)展方向，可分為兩種：一是全固態(tài)電解質，由聚合物主體和堿金屬鹽組成，由于常溫下離子電導率較低，適于高溫使用；二是凝膠電解質，極性溶劑作為增塑劑形成聚合物膜。凝膠電解質又分為熱塑性凝膠和交叉性凝膠。凝膠電解質目前已商業(yè)化，但市場份額不到10%。

凝膠聚合物電解質的研究集中在PEO基、PVDF基、PAN基等領域，通過溶解對應的聚合物冷卻后得到，在室溫下變成彈性凝膠，離子電導率與液態(tài)電解液在同一水平。

2.4.3 市場分析

2010年電解液需求量為18200噸，同比增長60%。位居前列的仍是日本宇部(Ube Industries)和韓國Chiel，江蘇國泰仍為國內電解液龍頭。

圖22 2010年電解液市場占有率統(tǒng)計

2.5 隔膜

2.5.1 簡介

隔膜是一種多孔性塑料薄膜，種類包括織造膜，非織造膜(無紡布)，微孔膜，復合膜，隔膜紙，碾壓膜等幾類，但目前商業(yè)化應用的主要是聚烯烴微孔膜，包括單層PP(聚丙烯)、單層PE(聚乙烯)以及三層PP/PE/PP 復合膜。隔膜核心功能是保證離子在正負極遷移的同時阻止電極接觸，主要參數(shù)包括厚度、孔徑、刺穿強度、閉孔溫度等。

表8 隔膜主要參數(shù)及目標值

隔膜制備技術包括干法和濕法兩大類，前者可分為單向拉伸和雙向拉伸兩種，它們各有優(yōu)缺點。隔膜制備關鍵技術仍被日本和美國壟斷，特變是高端產品如動力電池用隔膜幾乎完全依賴進口。其技術難點表現(xiàn)在兩方面：造孔技術及基體材料，前者包括隔膜造孔工藝、生產設備及產品穩(wěn)定性；而基體材料包括聚丙烯、聚乙烯和添加劑。

所采用基體材料對隔膜力學性能以及與電解液的浸潤度有直接聯(lián)系。世界前三大隔膜生產商日本旭化成 (Asahi Kasei) 、美國Polypore(Celgard)、日本東燃化學(Tonen)都有自己獨立的高分子實驗室，并且化學背景非常深厚。

表9 隔膜制備工藝及優(yōu)缺點

2.5.2 動力電池用隔膜及發(fā)展趨勢

在動力電池隔膜方面，特別關注成本和安全性，美國Polypore和日本東燃傾向于使用干法工藝制備的PP膜。為進一步提高隔膜的耐熱性，隔膜研究重點包括高耐熱性無紡布隔膜和陶瓷隔膜，如直接使用高耐熱性纖維素和聚對苯二甲酸乙二酯（PET）的無紡布隔膜，其倍率特性和充放電循環(huán)性能均優(yōu)于PP隔膜。陶瓷隔膜是指在多孔PP隔膜兩面形成厚度2～5μm的金屬氧化物陶瓷層如氧化鋁(Al2O3)，目的是防止大電流通過時發(fā)生內部短路。

從隔膜厚度看：常規(guī)儲能電池用隔膜厚度一般小于25μm，動力電池用隔膜則厚至40μm，隔膜越厚電池強度越高，在組裝時不易被刺破。為進一步提高儲能電池容量，希望制備厚度小于15μm的鋰電池隔膜，該類隔膜有望通過在平面上高速地涂敷金屬氧化物凝膠然后分成獨立的隔膜。

另外，前述的凝膠聚合物電解質充當電解質和隔膜雙重作用，但欲進一步取代PE、PP隔膜市場，還需要進一步研究其熱力學穩(wěn)定性，解決導電率下降等不足。

2.5.3 市場分析

2010年隔膜需求量為3.69億平方米，同比增長45%。全球隔膜制造商分為三個梯隊：第一是日本旭化成、美國Polypore和日本東燃，市場占比70%；第二梯隊為日本宇部(Ube Industries)、美國Entek和Sk，占比約25%；第三梯隊主要來于中國隔膜“三巨頭”，包括星源材質(Shenzhen Senior Technology Material)、金輝高科(Foshan Jinhui H-Tech) 和新鄉(xiāng)格瑞恩(Xinxiang Green New Energy) ，產品目前主要集中在中低端領域，市場占比僅4%。

圖23 2010年隔膜制造商市場占有率

表10 國內隔膜情況統(tǒng)計

2.6 其它材料

除上述中關鍵材料外，鋰電池輔助材料主要包括：正極集流體用鋁箔、負極集流體用銅箔，以及外包裝材料。

正極集流體材料-鋁箔。2010年全球鋁箔需求量為8156噸，對于便攜式裝置用鋁箔厚度為15～20μm；而動力電池用則厚至30μm，且強度和均勻度要求更嚴。日本、韓國和中國鋰電池用鋁箔一般都由本土自給，國內鋁箔供應商主要包括：西南鋁業(yè)、美鋁(上海)有限公司、深圳福來順等。

負極集流體材料-銅箔。目前，負極集流體銅箔主流厚度為8～10μm，包括冷軋銅箔和電解銅箔兩類，且后者占據(jù)90%的市場份額。由于銅比重(8.9g/cm3)是鋁(2.7 g/cm3)的三倍多，在電池組分中重量也大，在動力電池中尤為顯著，希望越薄越好。同時還需兼顧強度因素，尤其對于選用合金負極材料后因電極膨脹大導致應變大，希望利用銅箔的強度來抑制部分應變。佛岡建滔實業(yè)有限公司和聯(lián)合銅箔（惠州）有限公司為國內有名的銅箔供應商，且中科英華(600110. SH)持有聯(lián)合銅箔75%的股份。

3.鋰電池市場分析

鋰電產業(yè)屬于下游驅動型，下游需求將直接影響鋰電池和鋰電材料的需求。而影響鋰電池下游需求的主要因素包括：政策、國際經濟環(huán)境、電池性價比等。

3. 1儲能電池：持續(xù)高增長

儲能電池主要用于筆記本電腦、手機以及其它裝置中。

3.1.1 筆記本電腦

2010年，NBPC(Notebook PC ，筆記本電腦)銷量為2億臺，同比增長24.1%；預計2011～2015保持16%的增速水平，2015年銷量預計可達4.3億臺，筆記本的增速也高于臺式機同期10%的水平。

圖24 全球電腦需求預測

3.1.2 手機

手機未來增量需求分為新增和替代兩類，2010年全球手機總量為51億只，同比增長15.2%，其中新增手機5.5億只，替代手機7.52億只；2011～2015年年均復合增長率為7.85%，預計2015年全球手機總量為69億只。

圖25 全球手機需求預測

3.1.3 其它裝置

其它便攜裝置包括電動工具(PT-Power Tools)、數(shù)碼相機(DSC-Digital Still Camera)、便攜攝像機(CAM-Camcorder)、數(shù)碼音樂播放器(DMP-Digital Music Player)、游戲機(Game)和平板電腦(Tablet)。2010年該類需求總量為4.41億臺，同比增長6.52%；預計2011年同比增速10.98%，累計出貨4.89億臺。其中平板電腦增速靚麗，它已成為筆記本電腦的最大競爭對手，高速增長因素之一是受益于鋰電池小型化以及比能量密度的提高。

圖26 其它裝置需求預測

3.2動力電池：市場驚人

3.2.1 簡介

電動汽車(xEV)根據(jù)動力提供方式可分為BEV、HEV和PHEV。BEV(Battery Electric Vehicle，也簡稱EV)指純電動汽車，動力電源由鋰電池、鎳氫電池、超級電容器等二次電池供給；HEV(Hybrid Electric Vehicle) 指混合動力汽車，電池一般用于啟動和加速，汽油用于正常行駛，二次電池包括高功率鋰電、鎳氫和超級電容器等，容量一般在10Ah左右，主要靠剎車回收能量。PHEV(Plug-in Hybrid Electric Vehicle)為插電式混合動力汽車，可同時依靠電池和汽油作為動力行駛，對電池要求兼顧容量型和功率型。

汽車用動力鋰電池通過將多塊圓柱電池或軟包電池以串、并聯(lián)形式組合起來。其中，18650圓柱電池從其誕生起一直用到現(xiàn)在，體積能量密度已提高近4倍，可視為鋰電池發(fā)展的縮影。對容量為8Wh的18650電池，一部手機用量僅為0.4顆，而小型純電動汽車則需2500顆，是其用量的6250倍，對應的鋰電材料呈現(xiàn)幾何級數(shù)的增長。

資料來源：技術在線，中原證券

3.2.2 新能源汽車：政策給力

世界各國對新能源汽車支持包括政策導向和資金補貼。在中國七大戰(zhàn)略性新興產業(yè)中，新能源汽車也包括其中，而新材料則是作為其它戰(zhàn)略產業(yè)的基石。

表11 世界各國對新能源汽車支持政策列表

表12 美國加利福尼亞州ZEV法案

其中，美國加利福尼亞州頒布的ZEV法案對新能源汽車銷售進行強制規(guī)定，并量化銷售指標。ZEV全稱是Zero Emission Vehicle，即零排放汽車。該法案規(guī)定：除了純粹的ZEV(EV或者FCV-燃料電池車)之外，PHEV、HEV符合尾氣排放標準“SULEV”的發(fā)動機車也必須達到一定的比例，對于無法達到規(guī)定銷量的廠商將根據(jù)數(shù)量支付罰金。

同時，ZEV方案還給出了更優(yōu)惠的補貼政策，對同一型號同一價格的BEV，扣除所有補貼之后，日本實際售價為240萬日元，而加利福尼亞州則為166萬日元。

2009年，豐田、日產、本田、美國通用汽車、美國福特和美國克萊斯勒等6家公司成為ZEV法案的對象。當年，豐田在該州售出26萬輛汽車，對應的ZEV銷售量也增加，到2011年前需要銷售3000輛左右計劃推出的iQEV或1000輛的FCV(二者數(shù)量不同是因為續(xù)航距離不同，導致數(shù)量計算方法也不同)。同樣，本田則需銷售1200輛計劃中的飛度EV，日產為1000輛的LEAF(中文名：聆風)。

3.2.3 市場分析

2010年年末，配置鋰動力電池的日產LEAF BEV 和GM Chevy Volt PHEV兩款新能源汽車上市。LEAF純電動汽車的“心臟”-鋰動力電池由AESC (AESCAutomotive Energy Supply Corporation 是由日產汽車株式會社(日產)與日本電氣株式會社(NEC)、NEC東金株式會社(NEC東金)成立的合資公司)提供，電池容量為24KWh。而GM推出的Chevy Volt PHEV 采用的動力鋰電池由LGC提供，電池容量為16KWh，并已交付5000臺車的動力鋰電池。

圖28 電動汽車統(tǒng)計及預測

2010年全球xEV市場統(tǒng)計顯示：采用NiMH的HEV約為83萬臺，而使用鋰動力電池的新能源汽車大概為3萬臺，同比增長率分別為15.5%和158%。2011年，隨著聆風和Volt的問世，鋰電池在xEV方面將可能呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，新能源汽車用鋰電池數(shù)將達24.5萬臺，同比增長690%。從總體趨勢看：隨著高性價比鋰電池的推出，鎳氫電池在新能源汽車領域的市場份額將逐步被鋰電池所替代，預計到2013年，鋰電池將成為新能源汽車動力電池的主流。

3.3 鋰電市場：高增長中孕育爆發(fā)

2010年各領域所需鋰電池出貨總量為38.84億只，同比增長26.65%。預計2011年可達44億只，增速為13.4%，后期年均增速基本保持為10%。

圖29 含xEV在內的鋰電池出貨統(tǒng)計及預測

圖30 不同類型鋰電池出貨統(tǒng)計及預測

具體電池類型而言：2010年圓柱電池(Cy LIB)為16.22億只，方型電池(Pr LIB)為16.24億只，軟包電池(Pouch LIB)為6.38億只，同比增長率分別為33.6%、19.4%和29.4%。

軟包電池由于生產工藝簡單、能量密度較高使其應用領域逐步擴大，預計2011年軟包電池增速為45.3%，將達到9.27億只。

容量統(tǒng)計顯示：2010年鋰電池在便攜裝置中的總容量為20624MWh，同比增長34.26%；但在xEV領域僅為273MWh，僅占LIB總容量的1.31%；至2011年，這一比例將擴大至9.01%，xEV容量需求為2390MWh，增速達775%。至2013年，二者總容量為58138MWH，屆時電動汽車用鋰電池容量有望達到便攜裝置用鋰電池容量規(guī)模，意味著對應的鋰電材料將比現(xiàn)有規(guī)模擴大一倍以上。

圖31 鋰電池容量統(tǒng)計及預測

圖32 鋰電產業(yè)產生的資金規(guī)模

對應市場資金規(guī)模而言：2010年，鋰電產業(yè)給市場帶來的總資金規(guī)模為1110億元，其中，便攜領域為1080億元，同樣占據(jù)絕對領先。而在新能源汽車動力電池領域，2011年預計達到219億元，同比增長690%。

總結，無論是從鋰電池總容量以及產生的資金規(guī)模而言，鋰電產業(yè)位于高速增長期，同時鑒于在新能源汽車動力電池方面的應用，行業(yè)孕育著“火山爆發(fā)”的格局。

4.鋰電行業(yè)格局

4.1 鋰電池和鋰電材料供應商：三分天下

2009年全球鋰電池出貨量為30.67億只，2010年為38.84億只，同比增長26.65%。從鋰電池制備商看，主要包括日本的索尼(Sony)、三洋(Sanyo)、松下(Panasonic)、麥克賽爾(Maxell)；韓國的LGC和三星(SDI)，以及中國的比亞迪(BYD)、力神(LISHEN)、東莞新能源(ATL)和比克(BAK)?？梢姡囯姵厥袌龌境尸F(xiàn)中國、日本、韓國三分天下的格局，且日本所占比例逐年下降，韓國上升迅速。

圖33 2005~2010年全球鋰電池出貨統(tǒng)計 單位：百萬只

圖34 全球鋰電池市場格局

2009年鋰電材料供給情況顯示：日本材料自制率最高，達97.30%，中國由于隔膜產品完全依賴進口，其材料自制率為69.15%，2010年，國內隔膜取得突破并穩(wěn)定供貨。

故從鋰電材料供給看，依然是中國、日本和韓國三分天下的市場格局。

表13 2009年鋰電池主供應商及其材料供給統(tǒng)計

4.2 鋰電材料：高增長中孕育“爆發(fā)”

上節(jié)分析顯示：鋰電池在容量、產生的資金規(guī)模方面均呈現(xiàn)高增長中孕育“火山爆發(fā)”。對應地，鋰電材料需求也呈現(xiàn)高增長中孕育“火山爆發(fā)”的格局。

2010年鋰電池總容量為20897MWh，同比增長34.26%，對應正極、負極、電解液和隔膜用量分別為：45530噸、26650噸、18200噸和3.69億m2，各類材料增速為50%左右；預計2011年容量總需求為26512MWh，同比增長26.87%。其中：便攜裝置和新能源汽車用鋰電池新增容量分別為3498和2117MWh，對應增速分別為16.9和775.5%，估算2011年鋰電材料增速為40%。至2012年動力電池用新增容量即超過便攜裝置；2013年二者總容量預計為58138MWH，與2010年相比增長178%，意味著由于新能源汽車用動力鋰電池需求的急速增加，對應鋰電材料需求將比2010年擴大一倍以上，粗略計算2013年所需鋰電材料分別為：12300噸、72000噸、49000噸和9.96億m2。

具體以一輛日產聆風汽車為例：AESC所配置的鋰電池總容量為24KWh，電池單元正極材料為改性錳酸鋰(LiMn2O4)，負極材料為石墨。粗略計算所需各類鋰電材料為：正極材料45Kg，負極材料20kg，電解液21Kg。據(jù)報道：AESC計劃2011年為9萬輛EV車提供動力鋰電池，僅該公司新增鋰電材料用量大致為：正極材料4050噸，負極材料1800噸，電解液1800噸。

4.3 國內鋰電材料公司現(xiàn)狀

國內鋰電材料歷經數(shù)十載的發(fā)展與積累，基本已覆蓋上游原材料和中游鋰電材料。

表14匯總有關鋰電材料上市公司的子公司、產品與產能信息，同時列舉出有一定影響力的非上市公司。

鑒于新能源汽車用動力電池急劇增長將帶來材料需求的增加，且國內正極、負極、電解液和隔膜總產能較低，鋰電材料類公司具有很大發(fā)展空間。總體而言：正極、負極和電解液產品除少量高端產品仍需進口外，國內已基本實現(xiàn)自給；而隔膜和電解液中的六氟磷酸鋰對外依存度仍較大，且隔膜產品目前主要集中在中、低端市場，高端產品方面如動力電池用隔膜品質亟需提升。具體產品毛利率看：正極材料中的鈷酸鋰約為10%，而三元、錳酸鋰約為18%，負極材料為30%，電解液為25%。

5.投資分析

5.1分析策略

分析與判斷上市公司是否具有投資價值，可從如下要素進行剖析：技術、市場、政策和經營戰(zhàn)略四方面考慮。對于鋰電材料行業(yè)而言，市場和政策基本相同，主要取決于技術和經營戰(zhàn)略。

對掌握核心技術的公司，對應產品性價比高，市場占有率也高，特別在壟斷技術方面有望突破的公司更具成長性。鋰電材料經營戰(zhàn)略包括兩個層次：一是橫向經營戰(zhàn)略，包括專一化和多元化經營兩方面；二是縱向經營戰(zhàn)略，即產業(yè)鏈的上下游整合，如對新能源汽車用動力電池這塊蛋糕而言：鋰電材料公司進入方式包括單獨供給材料或與下游電池或汽車公司進行合作成立新公司，如AESC。

5.2 公司分析

根據(jù)上述策略對部分公司進行分析：

杉杉股份。公司在縱橫兩方面進行產業(yè)鏈延伸，同時擁有正極、負極材料和電解液，并在正極、負極領域進一步延伸。正極方面收購了正極原材料供應商湖南海納，并延伸至上游鎳鈷礦領域；負極成立了專業(yè)進行石墨化處理子公司郴州杉杉。同時參與投資新能源汽車動力鋰電池項目，并持股18%。從產品市場地位和技術看：負極市場國內第二，負極產品中人造石墨和中間相炭微球國內第一，并

將受益于新能源汽車動力電池未來需求；正極材料與戶田工業(yè)和伊藤忠商社聯(lián)姻后，鈷酸鋰品質將得以提升，重點發(fā)展的三元和錳酸鋰也將受益于新能源汽車。

表14 鋰電材料公司匯總

公司核心優(yōu)勢：負極材料的人造石墨和中間相炭微球，縱橫產業(yè)鏈整合優(yōu)勢以及未來的三元和錳酸鋰正極材料。

中國寶安。中國寶安同樣進行多元化經營戰(zhàn)略，通過收購與持股同時擁有正極、負極和電解液?？毓勺庸旧钲谪愄厝鹭摌O材料產、銷量國內第一，在天然石墨產品領域具有核心優(yōu)勢，且產品兼具國、內外市場；2010年收購的天津鐵城在中間相炭微球方面具有競爭力，而持股子公司深圳天驕的三元正極材料處于國內領先地位。

公司核心優(yōu)勢：天然石墨和人造石墨負極材料、三元正極材料和橫向多元化優(yōu)勢。

江蘇國泰。2002年6月即建成了200噸/年的鋰電池電解液批量生產線，成為國內最早進入鋰電池電解液的公司。目前產銷量均為全國第一，產量計劃從現(xiàn)有的5000噸擴產至10000噸，年產300噸的六氟磷酸鋰正處于中試階段。

公司核心優(yōu)勢：電解液和建設中的六氟磷酸鋰項目。

表15 鋰電材料部分公司估值

當升科技是國內目前唯一專一化經營的鋰電材料上市公司，正極材料產、銷量均為國內第一，2010年實現(xiàn)鈷酸鋰銷量3894噸，全球占比18.16%。九九久所投六氟磷酸鋰和隔膜項目均為高附加值鋰電材料，有望取得技術突破；江特電機控股子公司擁有全球第二的鋰資源；多氟多六氟磷酸鋰項目已完成中試，并計劃延伸至電解液領域；

佛塑股份子公司隔膜在量產基礎上產能進一步擴大；云天化和南洋科技所投隔膜項目有望量產。

綜合考慮，建議關注杉杉股份、中國寶安、江蘇國泰、當升科技、佛塑股份、新宙邦、九九久、多氟多、江特電機、云天化、南洋科技。

6.風險提示

鋰電產業(yè)的發(fā)展與技術創(chuàng)新和政策支持息息相關，未來技術創(chuàng)新風險以及政策支持的不確定性將影響新能源汽車的產業(yè)化進程，同時日本大地震可能延緩新能源汽車的進展。

分析師：方夏虹

發(fā)布日期：2011年4月22日