锂离子电池行业市场调查研究分析报告.docx
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1、 2008年锂离子电池行业市场调研报告编写:陈秋东报告目录1锂离子电池概述51.1锂离子电池定义51.2锂离子电池种类81.3锂离子电池工作原理111.4锂离子电池优缺点111.5锂离子电池应用领域142、全球锂离子电池行业发展状况152.1全球锂离子电池行业发展现状152.2全球锂离子电池市场需求分析172.3全球锂离子电池生产分布情况182.4全球锂离子电池重点厂商动态182.5全球锂离子电池行业发展趋势193我国锂离子电池行业发展状况203.1我国锂离子电池发展现状213.2我国锂离子电池供需状况213.3我国锂离子电池出口情况223.4我国锂离子电池重点厂商233.5我国锂离子电池行业
2、存在问题244. 锂离子电池原材料市场分析254.1锂离子电池正极材料254.1.1正极材料发展概况254.1.2正极材料制备方法284.1.3正极材料市场容量284.1.4正极材料主要生产厂商294.2锂离子电池负极材料334.2.1负极材料概述334.2.2负极材料产业化现状354.3锂离子电池隔膜材料364.3.1锂离子电池隔膜概述364.3.2隔膜生产工艺374.3.3隔膜国际主要生产厂商384.3.4国内隔膜产业发展现状394.3.5国内隔膜市场容量分析404.3.6国内隔膜主要生产企业404.3.7锂离子电池隔膜发展趋势414.4锂离子电池电解液41(一)锂离子电池电解液概况41(
3、二)锂离子电池电解液种类42(三)全球锂离子电池电解液发展现状43(四)国内锂离子电池电解液发展现状45(五)国内电解液市场需求预测464.5锂离子电池粘结剂475. 锂离子电池原料矿资源分析475.1锂资源市场分析475.1.1世界锂资源分布475.1.2世界锂资源开发现状495.1.3世界锂产品消费状况与趋势515.1.4电池级碳酸锂重点厂商525.2钴资源市场分析535.2.1国内钴生产情况535.2.2国内钴消费情况545.2.3钴矿进出口情况555.2.4 2008年钴市展望555.3镍资源市场分析565.3.1全球镍市供需状况565.3.2中国镍市供需状况575.3.3 2008年
4、镍市展望595.4 锰资源市场分析605.4.1我国锰矿资源分布与产量605.4.2 中国锰矿进口情况605.4.3硅锰、锰铁市场供求状况615.4.4 市场前景展望626. 锂离子电池应用行业市场分析636.1手机市场636.2手提电脑市场646.3电动工具市场656.4电动自行车市场676.5电动汽车市场697. 锂离子电池行业发展前景707.1行业发展有利和不利因素707.1.1有利因素707.1.2不利因素717.2行业发展前景展望72图表目录图1-1:锂离子电池构成材料图1-2:锂离子电池正极构造图1-3:锂离子电池隔膜构造图1-4:锂离子电池负极构造图1-5:圆柱型锂离子电池外观结
5、构图图1-6:方型锂离子电池外观结构图图1-7:纽扣型锂离子电池外观结构图图1-8:锂离子电池的充放电原理图1-9:锂离子电池应用领域图2-1:2002-2007中国锂离子电池产量及其增长趋势图3-1:2004-2007年中国锂离子电池需求量发展趋势图3-2:2004-2008中国锂离子电池产量发展趋势图3-3:2003-2006年中国锂离子电池出口量发展趋势图5-1:近年世界锂化学产品和锂精矿产量变化图5-2:2007年中国市场钴消费结构图5-3:1992-2007年中国钴矿进出口量对比图图5-4:中国镍矿资源结构图图5-5:中国镍消费结构图5-6:国际镍市场消费结构图5-7:2007年1-
6、12月中国精炼镍进口量统计图5-8:近四年中国进出口锰矿数量变化图图5-9:中国锰系铁合金产量、进出口量与锰矿进口量比较图5-10:近三年中国锰合金产量消费图图6-1:2005-2007年我国每月新增手机用户增长趋势图6-2:2005-2009年全球手机用锂电池需求量图6-3:全球NB出货量及渗透率预测图6-4:2005-2009年全球NB用锂电池需求量图6-5:全球电动工具电池消耗情况图6-6:近几年我国电动自行车电池产量与市场需求量增长情况图6-7:2005-2010年全球电动自行车出货量预估图6-8:2005-2020年汽车用锂离子电池市场规模预测图6-9:2005-2020年汽车用镍氢
7、电池材料市场规模预测表1-1:各种电池性能对比表2-1:世界范围内各种二次电池的应用情况表2-2:全球锂电池重点厂商市场占有率表3-1:2007年锂离子电池行业强14强企业表4-1:各种正极材料锂电池的性能比较表4-2:国内钴酸锂主要生产企业及产能表4-3:主要负极材料性能对比表4-4:锂离子电池隔膜的主要生产厂商及其主要产品表4-5:2007年国际锂电池隔膜企业生产能力状态表4-6:中国锂电池隔膜生产能力状况表4-7:锂离子电池隔膜市场需求预测 表4-8:电解液材料组成表5-1:2006年世界锂储量和储量基础表5-2:2007年中国主要钴厂产量表6-1:2007-2011年我国蓝牙手机市场总
8、量及市场份额预测表6-2:全球电动工具中用锂电池取代镍镉电池需求量预估表6-3:几种电动自行车常用电池性能对比表6-3:全球电动工具中用锂电池取代镍镉电池销售金额预估1锂离子电池概述1.1锂离子电池定义所谓锂离子电池实际上是一种锂离子浓度差电池,正负两极由两种锂离子嵌入化合物组成。充电时,锂离子从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,负极处于富锂态,正极处于贫锂态,同时电子的补偿电荷从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡,放电时则相反,锂离子从负极脱嵌,经电解质嵌入正极(这种循环被形象的称为摇椅式机制)。在正常的充放电情况下,锂离子在层状结构的碳材料和层状结构氧化物层间嵌入嵌出,因为过渡金属氧化物如L
9、iCoO2、LiNiO2中低自旋配合物多,晶格体积小,在锂离子嵌入脱嵌时,晶格膨胀收缩性小,结晶结构稳定,因此循环性能好,而且充放电过程中,负极材料化学结构基本不变,因此从充放电反应的可逆性看锂离子电池反应是一种理想的可逆过程。人们将这种靠锂离子在正负极之间的转移来完成电池充放电工作的,独特机理的锂离子电池形象地称为“摇椅式电池”,俗称“锂电”。图1-1:锂离子电池构成材料锂离子电池主要由七部分材料构成:(1)电池上下盖 (2)正极活性物质如钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂及其复合氧化物、磷酸铁锂图1-2:锂离子电池正极构造(3)隔膜:聚乙烯( PE )、聚丙稀( PP )等组成的一种单层或者多层特殊复
10、合膜;图1-3:锂离子电池隔膜构造(4)负极人造石墨系列、天然石墨系列、焦炭系列等等;图1-4:锂离子电池负极构造 (5)电解液碳酸丙稀酯( PC )、碳酸乙烯酯( EC )、二甲基碳酸酯( DMC )、二乙基碳酸酯( DEC )、甲基乙基碳酸酯(MEC)等组成的一元、二元或者三元的混合物。 l 性质: 无色透明液体,具有较强吸湿性。l 应用: 主要用于可充电锂离子电池的电解液,只能在干燥环境下使用操作(如环境水分小于20ppm的手套箱内)。l 规格: 溶剂组成 DMC:EMC:EC =1:1:1 (重量比)LiPF6浓度 1mol/ll 质量指标: 密度(25)g/cm3 1.230.03
11、水分(卡尔费休法) 20ppm 游离酸(以HF计) 50ppm 电导率(25) 10.40.5 mscm(6)粘结剂(7)外壳五金件(铝/塑壳、盖板、极耳、绝缘片)1.2锂离子电池种类根据锂离子电池所用电解质材料不同,锂离子电池可以分为液态锂离子电池(lithium ion battery,简称为LIB)和聚合物锂离子电池(polymer lithium ion battery,简称为LIP)两大类。两种电池所用的正负极材料是相同的,电池的工作原理也基本一致。它们的主要区别在于电解质的不同, 锂离子电池使用的是液体电解质, 而聚合物锂离子电池则以聚合物电解质来代替, 这种聚合物可以是“干态”的
12、,也可以是“胶态”的,目前大部分采用聚合物胶体电解质。表1-1:液态与聚合物锂离子电池各项参数对比液态锂离子电池由于工艺上的原因,厚度很难降低,一般做到5-6mm的多,再想做薄就比较困难了。新一代的聚合物锂离子电池在聚合物化的程度上已经很高,所以形状上可做到薄形化(最薄可以只有0.5毫米)、任意面积化和任意形状化,大大提高了电池造型设计的灵活性,从而可以配合产品需求,做成任何形状与容量的电池。此外聚合物锂离子电池比液态锂离子电池电池在使用安全性和充电特性上都更好。在许多情况下,电池上标注了Li-ion的,一定是锂离子电池,但不一定就是液态锂离子电池,也有可能是聚合物锂离子电池。按照锂离子二次电
13、池的外观分类,目前市场锂离子电池主要可以分为:圆柱体锂离子电池,方型形锂离子电池,纽扣型锂离子电池。圆柱体结构一般为液态锂离子电池所采用,也是最古老的结构之一。偶尔在较早的手机上还能找到它的影子。目前大多数用在笔记本电脑的电池组里面。方型锂离子电池形态现在越来越普遍, 广泛的应用在各个移动电子设备、及动力系统的电池组里面。纽扣型可充电的锂离子电池不常见,容量不大在几个到几十mAh之间,应用领域也不广泛。类似的产品都是采用一次性的锂电池或黄金电容。图1-5:圆柱型锂离子电池外观结构图图1-6:方型锂离子电池外观结构图图1-7:纽扣型锂离子电池外观结构图根据锂离子电池所用正极材料不同,锂离子电池可
14、以分为钴酸锂电池、镍酸锂电池、锰酸锂电池、磷酸铁锂电池以及二元/三元聚合物锂电池,各种电池性能各有千秋,其中镍酸锂电池由于制备难度大且仍有很大安全隐患只能作为一种过渡电池,在小型锂离子电池当中目前占市场主导地位的仍然是钴酸锂电池,未来将逐渐被二元/三元聚合物锂电池替代,在高倍率动力锂离子电池领域,目前以锰酸锂电池为主,而代表未来的发展方向则是磷酸铁锂电池。1.3锂离子电池工作原理锂离子电池的工作原理就是指其充放电原理。当对电池进行充电时,电池的正极上有锂离子生成,生成的锂离子经过电解液运动大盘负极。而作为负极的碳呈层状结构,它有很多微孔,到达负极的锂离子就嵌入到碳层的微孔中,嵌入的锂离子越多,
15、充电容量越高。同样道理,当对电池进行放电时(即我们使用电池的过程),嵌在负极碳层中的锂离子脱出,又运动回到正极。回到正极的锂离子越多,放电容量越高。我们通常所说的电池容量指的就是放电容量。不难看出,在锂离子电池的充放电过程中,锂离子处于从正极负极正极的运动状态。如果我们吧锂离子电池形象地比喻为一把摇椅,摇椅的两端为电池的两级,而锂离子就像优秀的运动健将,自爱摇椅的两端来回奔跑。所以,锂离子电池又叫摇椅式电池。图1-8:锂离子电池的充放电原理1.4锂离子电池优缺点锂离子电池具有以下优点:(1)单体电池工作电压高达3.7V,是镍镉电池,镍氢电池的3倍,铅酸电池的近2倍,这也是锂电池比能量高的一个重
16、要原因。因此组成相同电压的动力电池组时,锂电池使用的串联数目会大大少于铅酸电池和镍氢电池。如果动力电池中单体电池数量越多,电池组中单体电池的一致性要求就越高,寿命就越不好做,在实际使用过程中电池组有问题分析后,一般是其中一、两个单体电池出问题然后导致整组电池出现问题,因此不难理解为什么48V的铅酸电池比36V的铅酸电池反馈要高,从这个角度上讲锂电更适合动力电池的使用。例如36V的锂电只需要10个单体,而36V铅酸电池需要18个单体电池,即3只12V的电池组,而每只12V的铅酸电池有六个单格即六个单体电池组成。(2)重量轻,比能量大,高达150Wh/Kg,是镍氢电池的2倍,铅酸电池的4倍,因此重
17、量是相同能量的铅酸电池的三分之一到四分之一,从这个角度讲锂电消耗的资源就少,而且由于锰酸锂电池中所用元素的储量比较多,因此相对铅酸、镍氢电池可能会进一步涨价,锂电池成本反而是进一步降低的。电动自行车用锂离子电池重量为2.2-4公斤,铅酸电池的重量为12-20公斤,锂电重量约为铅酸电池的四分之一到三分之一,比铅酸电池轻约10公斤(36V,10Ah电池),电池重量减轻了70,整车总重量至少减轻了20。加上一般锂电车都是简易款的电动自行车,由于电池和整车轻,相同电压、相同容量的电池行驶里程更长,普通的电动车重量在40公斤以上,而锂电池电动自行车重量在7到26公斤之间。女士和老年人都可以轻易搬动,人力
18、骑行也十分轻便,运动休闲兼得。(3)体积小,高达到400Wh/L,体积是铅酸电池的二分之一到三分之一。提供了更合理的结构和更美观的外形的设计条件、设计空间和可能性。现阶段由于铅酸电池体积、重量的限制,设计师们的设计思想受到极大约束,导致现阶段的电动自行车在结构和外观上“千车一面”、雷同相似、单调划一。而锂离子电池的使用,给设计师们提供了展示设计思想和设计风格的更大空间及条件。当然同时也导致电动自行车用锂电池尺寸多种多样,不利于锂动力电池行业的发展。锂动力电池行业也需要尽快制定电动自行车用锂离子电池国家标准,加速在电动自行车领域锂电对铅酸电池的替代。当然目前锂电池是在不断发展过程中的不同材料、不
19、同工艺电池的体积有很大的差别,如何统一也是一个难点。(4)循环寿命长,循环次数可达1000次。以容量保持60%计,电池组100%充放电循环次数可以达到600次以上,使用年限可达3-5年,寿命约为铅酸电池的两到三倍。随着技术的革新,设备的提高,电池的寿命会越来越长,性价比会越来越高。(5)自放电率低,每月不到5%。(6)允许工作温度范围宽,低温性能好,锂离子电池可在-20+55之间工作,尤其适合低温使用,而水溶液电池(比如铅酸电池、镍氢电池)在低温时,由于电解液流动性变差会导致性能大大降低。(7)无记忆效应,所以每次充电前不必像镍镉电池、镍氢电池一样需要放电,可以随时随地的进行充电。电池充放电深
20、度,对电池的寿命影响不大,可以全充全放,我们循环测试就是全充全放的。(8)特别适合用于动力电池,除了锂离子电池电压高之外,由于锂离子动力电池组的保护板能够对每一个单体电池进行高精度监测,低功耗智能管理,具有完善的过充电、过放电、温度、过流、短路保护、锁定自恢复功能以及可靠的均衡充电功能,大大的延长了电池的使用寿命。而其他类型电池(比如铅酸电池)在使用过程中由于电池一致性、充电器等问题,易产生电池过充、过放等问题(由于成本等各方面的原因,铅酸电池组内不能对每一个单体电池进行监测和保护)。(9)无污染,锂电池中不存在有毒物质,因此被称为“绿色电池”,国家重点扶持。而铅酸电池和镉镍电池由于存在有害物
21、质铅和镉,国家必然会加强监管和治理(铅酸电池出口退税的取消,铅资源税的增加,铅酸电动自行车出口的受限),相应企业的成本也会增加。虽然锂电池没有污染,但从资源节约的角度考虑,锂电池的回收,回收中的安全性,回收的成本也都需要考虑。锂离子电池也存在着一定的缺点,如:(1)电池成本较高。相同电压和相同容量的锂离子电池价格是铅酸的3-4倍。以电动自行车为例,市场上一辆铅酸电池电动自行车为1500元左右,而一组36V、12Ah铅酸电池价格在400元500元之间;但如果换作同样电压及容量的锂离子电池,那么电池的价格在1000元左右,并且锂离子电池要求的保护电路板也价格不低。而随着电池材料所用的钢材、钴镍等金
22、属价格的不断上涨,锂离子电池的生产成本也在逐年提高,所以资源更加丰富、价格更有优势的锰酸锂和磷酸铁锂在动力型锂离子电池领域受到追捧。(2)存在安全隐患;由于锂电池比能量高,材料稳定性差,锂电容易出现安全问题,目前世界上知名的手机和笔记本电脑电池(正极材料为钴酸锂和三元材料)生产企业,日本三洋、索尼等公司要求电池的爆喷率控制在40个ppb(十亿分之一)以下,国内公司能达到ppm(百万分之一)级的就已经不错了,而动力电池的容量是手机电池容量的上百倍以上,因此对锂电的安全性要求极高。虽然钴酸锂电池和三元材料的电池具有重量更轻,体积更小等优点,但它们是不适合作动力电池应用于电动车的 锂离子电池在130
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