钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究(二,中)

第I部分 电池、钨、钼和稀土的介绍
第二章 常见电池的介绍(中)

2.3 磷酸铁锂电池

磷酸铁锂电池的全名是磷酸铁锂锂离子电池,是一种使用磷酸铁锂(LiFePO4)作为正极材料,碳作为负极材料的锂离子电池。它的工作电压范围为3.2V-3.65V,充电过程中,磷酸铁锂中的部分锂离子脱出,经电解质传递到负极,嵌入负极碳材料;同时从正极释放出电子,自外电路到达负极,维持化学反应的平衡。放电过程中,锂离子自负极脱出,经电解质到达正极,同时负极释放电子,自外电路到达正极,为外界提供能量。

国轩高科锂电池

国轩高科锂电池

磷酸铁锂电池具有许多优点,例如工作电压高、能量密度大、循环寿命长、安全性能好、自放电率小、无记忆效应等。此外,由于它对环境友好且不含有害物质,因此也被认为是一种环保电池。在未来的发展中,磷酸铁锂电池有望在更多领域得到应用,这除了是因为磷酸锂电池有上述的优点之外,还有比三元电池、钴酸锂电池更合理的生产成本。

2.3.1 磷酸铁锂电池基本结构

磷酸铁锂电池的基本结构相对简单,主要由正极、负极、电解质、隔膜和外壳等组成。

正极:磷酸铁锂电池的正极材料是磷酸铁锂,它是一种具有橄榄石结构的化合物,其中锂离子是可移动的阳离子,而铁离子和磷酸根离子则固定在晶格中。正极材料需要具有良好的电子导电性和离子导电性,以保证电池的高工作电压和长循环寿命。

负极:磷酸铁锂电池的负极材料通常采用石墨或焦炭,这些材料具有较高的电导率、较稳定的化学性质和较低的成本。在电池放电过程中,锂离子从正极脱出,穿过电解质和隔膜,嵌入到负极材料中。

电解质:磷酸铁锂电池的电解质通常采用锂盐溶解在有机溶剂中的溶液,其中最常用的锂盐是六氟磷酸锂(LiPF6),有机溶剂则包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等。电解质在电池中起到传输锂离子的作用,并需要在正负极之间保持一定的电位差,以保证电池的正常工作。

隔膜:磷酸铁锂电池的隔膜位于正负极之间,起到隔离正负极、防止短路的作用。隔膜通常采用聚烯烃材料制成,需要具有较高的化学稳定性、机械强度和孔隙率,以保证电池的安全性和可靠性。

锂电池隔膜

锂电池隔膜

外壳:磷酸铁锂电池的外壳通常采用金属材料制成,如铝壳或钢壳等,用于保护电池内部结构和维持电池形状。外壳还需要具有良好的导热性和密封性,以保证电池的安全运行。

磷酸铁锂电池的内部结构还包括电池管理系统和安全机构等部分。电池管理系统主要负责控制电池的充放电过程、监测电池的状态和保护电池的安全运行;安全机构则包括防爆阀、排气口等部件,用于在电池出现异常情况时及时释放内部压力、防止电池爆炸或燃烧等安全问题。

2.3.2 磷酸铁锂电池工作原理
2.3.3 磷酸铁锂电池主要特性
2.3.4 磷酸铁锂电池的应用
2.3.5 磷酸铁锂电池的发展现状

磷酸铁锂电池近年来发展迅速,其技术不断进步,性能得到显著提升,能量密度、充放电倍率、循环寿命等关键指标得到改善,安全性和可靠性也得到提高。因此,磷酸铁锂电池在电动汽车、电力储能、便携式电子设备等领域得到广泛应用。另外,随着市场需求增加、产业链完善和政策支持,磷酸铁锂电池在未来将继续保持快速发展。

值得一提的是,磷酸铁锂行业受到新能源汽车产业的影响较大。在过去,新能源汽车的补贴政策主要依据动力电池的能量密度和续航里程等技术指标来发放补贴,由于磷酸铁锂电池的能量密度比三元电池低,因此在政策的推动下大多数电池企业选择了三元材料路线,这使得磷酸铁锂电池行业的市场规模较小。不过,随着磷酸铁锂电池技术的不断提高以及2023年各地新能源汽车补贴政策逐渐取消,磷酸铁锂在近年来也迎来了快速发展的机遇。

华经产业研究院2016-2021年7月磷酸铁锂产能情况

华经产业研究院2016-2021年7月磷酸铁锂产能情况

中国能源报消息显示,在2018—2020年间,我国磷酸铁锂电池年产量始终低于三元电池,但是在2021年5月,磷酸铁锂电池产量市场占比达到63.6%,首次实现了反超。

根据高工锂电的数据统计,2021 年以来,磷酸铁锂在正极材料市场结构中的占比明显提升。2021 年,磷酸铁锂在正极材料领域的市场份额由 24%上升至 43%。2022 年,磷酸铁锂电池在动力电池市场占比 61%,磷酸铁锂电池在储能锂电池市场占比超过 95%。

智研咨询数据显示,2022年中国锂电池正极材料出货量为190万吨左右,同比增长68.1%;其中磷酸铁锂正极材料出货量占比最高,为58.5%。进出口方面,近年来我国磷酸铁锂进口规模整体呈现出波动下滑的趋势,而出口规模整体却呈现出上升趋势。据中钨在线/中钨智造统计海关数据显示,2022年,中国进口磷酸铁锂995.47吨,同比减少15.04%,进口金额3954.80万元,同比增长18.98%;同期,中国出口磷酸铁锂1111.25吨,同比增长34.24%,进口金额16687.59万元,同比增长166.66%;2023年1-9月,我国进口磷酸铁锂28.55吨,同比减少96.64%,进口金额577.29万元,同比减少76.01%;同期,我国出口磷酸铁锂835.41吨,同比增长5.54%,进口金额13398.03万元,同比增长24.29%。

智研咨询数据显示,2022年中国磷酸铁锂行业产能约220万吨,较2021年约涨205.6%;产量在119.06万吨左右,较2021年约涨164.6%;出货量约111.3万吨,较2021年约涨136.8%。其中,西南、华中和华东地区是我国磷酸铁锂产能占比最大的区域,占比分别为48%、20%和20%左右。

智研咨询2019-2022年中国磷酸铁锂行业供需情况

智研咨询2019-2022年中国磷酸铁锂行业供需情况

中商产业研究院消息显示,近年来,中国磷酸铁锂电池装车量大幅增长,2021年磷酸铁锂电池装车量打79.8GWh,同比增长227.05%,2022年磷酸铁锂电池装车量达64.4GWh,占总装车量58.5%,同比增长189.7%。

中国汽车动力电池产业创新联盟消息显示,2023年1-6 月,我国磷酸铁锂电池累计产量 193.5GWh,占总产量 65.9%,同比增长 53.8%;同期,磷酸铁锂电池累计销量 156.3GWh,占总销量 60.9%,同比增长 22.0%。2023年1-6 月,我国动力电池企业磷酸铁锂电池累计出口17.2GWh,占总出口30.3%;同期,在储能方面,我国磷酸铁锂电池累计销量31.2GWh,累计出口磷酸铁锂电池6.3GWh。

第八届中国国际新能源大会暨产业博览会消息显示,2022年,全球磷酸铁锂产量107万吨,其中硫酸亚铁工艺占比90%,铁粉法工艺占比10%。

能源的革命消息显示,根据电池工业网发布的磷酸铁锂行业5月报,截止到5月底,国内已投产磷酸铁锂产能达到250.6万吨/年。截止2023年6月底,已知的建成可利用的磷酸铁锂及磷酸锰铁锂产能合计为:裕能34.8万吨+德方37.5万吨+万润48万吨+龙蟠14.5万吨+融通10.5万吨+安达7万吨+国轩15万吨+富临15.2万吨+圣钒3万吨+比亚迪3万吨+龙佰3万吨+丰元12.5万吨+金堂13万吨+鹏博5万吨+特瑞10万吨+创普斯6万吨+贵州新仁3万吨+天原股份2.5万吨+天力锂能2万吨+湘潭电化1万吨=248.5万吨, 另外1.5万吨可能为其它厂家新投产产能,暂时未找到信息源。

能源的革命2020年9月-2023年5月磷酸铁锂产能走势图

能源的革命2020年9月-2023年5月磷酸铁锂产能走势图

据中钨在线了解,中国磷酸铁锂行业市场目前呈现出较高的集中度,湖南裕能、常州锂源、湖北万润等领先企业占据了市场的主导地位。这些企业在磷酸铁锂领域具备强大的实力和优势,从而在市场竞争中占据了有利地位。

然而,未来的磷酸铁锂市场将面临一系列的变化和挑战。一方面,随着新能源汽车市场的迅猛增长和技术进步,对磷酸铁锂材料的需求将继续增加。另一方面,新的竞争者也将进入市场,包括一些三元材料厂商如长远锂科等和其他领域的厂商。这些新进入者的加入将进一步加剧市场的竞争。

从长远来看,随着磷酸铁锂产能的过剩,成本将成为企业竞争的核心要素之一。因此,各大厂商需要关注生产效率、降低成本、优化供应链等方面的发展,以在激烈的市场竞争中保持领先地位。同时,技术的创新和产品的差异化也将是未来磷酸铁锂市场的重要趋势,各大厂商需要不断进行研发和创新,以满足客户对高性能、低成本、环保等方面的需求。

2.3.6 磷酸铁锂电池的发展前景
2.3.7 磷酸铁锂电池的发展瓶颈
2.4 三元电池
2.4.1 三元电池基本结构
2.4.2 三元电池分类
2.4.2.1 镍钴锰三元电池
2.4.2.2 镍钴铝三元电池
2.4.3 三元电池工作原理
2.4.4 三元电池主要特性
2.4.5 三元电池的应用
2.4.6 三元电池的发展现状

在双碳目标的推动下,新能源汽车行业近年来得到了快速发展。由于新能源汽车具有环保、低出行成本、低噪声等优点,越来越受到大众的喜爱。从2012年到2022年,新能源汽车销量的年均复合增速高达87.2%,呈现出了强劲的增长趋势。

2022年,许多汽车企业特别是广汽、吉利、长安等传统车企推出了众多适合消费者需求且价格适中的新能源汽车车型。这些车型不仅满足了消费者的多元化需求,同时也降低了购车的门槛。此外,充、换电基础设施的不断完善也为新能源汽车市场的扩张提供了支持。在这一背景下,新能源汽车销量达到688.7万辆,同比增长了96.2%,市场需求持续旺盛。

作为新能源汽车的核心零部件之一,动力电池的需求也随之增长。搜狐高飘消息显示,2022年1-12月,中国三元电池累计产量212.5GWh,占总产量38.9%,同比增长126.4%。观研报告网消息显示,2022年三元材料我国出货量为65.8万吨,同比增长53.02%;装机量为105GWh,同比增长41.32%。

搜狐高飘消息显示,2022年全球三元正极材料产量约99.3万吨,同比增长30%以上;其中高镍正极材料出货约32.8万吨,同比增长64%。2022年中国三元正极材料年产能突破100万吨,产量达65.6万吨,产量较2021年增长约67%;其中高镍材料(8系及以上)渗透率达到44.7%,同比增长76.9%。2022年中国三元正极材料贸易量较大,但整体净贸易量较小。2022年国内表观消费量与产量几乎接近,为65.8万吨。2022年三元正极材料年均价格约30万元/吨,较2021年增长95%。

中国汽车动力电池产业创新联盟消息显示,2023年上半年,我国动力电池产量293.6GWh,同比增长36.8%;其中三元电池产量99.6GWh,占总产量33.9%,同比增长12.6%。同期,我国动力电池销量达256.5GWh,同比增长17.5%;其中三元电池销量99.8GWh,占总销量38.9%,同比增长10.9%。2023年上半年,我国动力电池企业电池累计出口达56.7GWh;其中三元电池累计出口39.4GWh,占总出口69.4%。

目前,我国三元电池的生产企业主要有容百科技,天津巴莫,当升科技,长远锂科,南通瑞翔,厦钨新能,贵州振华,贝特瑞,广东邦普,巴斯夫杉杉等。

观研报告网2022年中国三元材料行业企业竞争格局

观研报告网2022年中国三元材料行业企业竞争格局

近几年,一些三元锂离子电池的少数安全性事件对下游整车厂产生了一定的影响,导致其对磷酸铁锂电池的需求有所上升。然而,从长期趋势来看,由于消费者对新能源车的动力和续航能力的要求不断提高,三元锂离子电池因其高能量密度优势,仍然被视为动力电池的重要技术路线之一。

2.4.7 三元电池的发展前景
2.4.8 三元电池的发展瓶颈
2.5 钴酸锂电池
2.5.1 钴酸锂电池基本结构
2.5.2 钴酸锂电池工作原理
2.5.3 钴酸锂电池主要特性
2.5.4 钴酸锂电池的应用
2.5.5 钴酸锂电池的发展现状
2.5.6 钴酸锂电池的发展前景
2.5.7 钴酸锂电池的发展瓶颈
2.6 锰酸锂电池
2.6.1 锰酸锂电池基本结构
2.6.2 锰酸锂电池工作原理
2.6.3 锰酸锂电池主要特性
2.6.4 锰酸锂电池的应用
2.6.5 锰酸锂电池的发展现状
2.6.6 锰酸锂电池的发展前景
2.6.7 锰酸锂电池的发展瓶颈
2.7 无钴电池
2.7.1 无钴电池基本结构
2.7.2 无钴电池工作原理
2.7.3 无钴电池主要特性
2.7.4 无钴电池的应用
2.7.5 无钴电池的发展现状

为了解决钴元素稀缺且价格高昂的问题,研究者们一直在致力于开发无钴电池。目前,已经有一些无钴电池问世,如锂硫电池、锂氧电池等。这些电池的研发主要集中在提高电池的能量密度和循环寿命,以及降低成本等方面。

在提高电池能量密度方面,锂硫电池和锂氧电池都展现出了巨大的潜力。锂硫电池的正极材料是硫,理论能量密度高达2600Wh/kg,而现有的钴酸锂电池的理论能量密度只有约300Wh/kg。锂氧电池也是一种具有高能量密度的电池,理论能量密度可达3500Wh/kg。

在提高电池循环寿命方面,研究者们通过优化电池结构、改善电解液性能等方式来提高电池的稳定性。此外,一些新型材料的应用也为无钴电池的发展提供了新的思路。

智研瞻产业研究院消息显示,2018年无钴电池行业的市场规模12.56亿元左右,2023年H1 无钴电池行业的市场规模为18.33亿元左右。截至2022年底,我国无钴电池企业数量约为200家。其中,江苏、广东、浙江等地的无钴电池企业数量较多,占比分别约为25%、20%、15%左右。据调查,2022年该行业的产量为1520万只,产值约为312亿元;及出口量为350万只,产值约为53亿元左右。

智研瞻产业研究院2018-2023年H1无钴电池行业的市场规模

智研瞻产业研究院2018-2023年H1无钴电池行业的市场规模

2.7.6 无钴电池的发展前景
2.7.7 无钴电池的发展瓶颈
2.8 锂硫电池
2.8.1 锂硫电池基本结构

锂硫电池的基本结构主要包括正极、负极、电解液和隔膜。

正极材料是硫,负极材料是金属锂,电解液是有机溶剂。在正极中,硫以冠状结构形式存在,这种结构具有比较稳定的热力学特性。硫元素的充放电性能与硫键的断裂和重组有直接关系,这也使得锂硫电池具有较高的能量密度。

负极是由纯锂金属制成,能够提供高电位和高电导率。电解液在锂硫电池中起到传递离子和保持电中性的作用,通常是有机溶剂,如二甲基碳酸酯和丙烯腈。

隔膜是锂硫电池的另一个重要组成部分,能够防止正负极之间的直接接触,同时允许离子传输。它通常是由聚合物材料制成,如聚丙烯和聚乙烯。

2.8.1.1 锂硫电池正极材料

锂硫电池正极材料是锂硫电池研究中的重要部分,它的性能直接影响到锂硫电池的能量密度、循环寿命和安全性。

2.8.1.1.1 锂硫电池正极材料的种类

(1)硫正极材料

硫正极材料是锂硫电池中最常用的正极材料之一,其理论比容量高达1675mAh/g,且具有环保、安全、成本低等优点。然而,硫正极材料也存在一些问题,如导电性差、体积膨胀大、循环稳定性差等。为了提高硫正极材料的性能,研究者们进行了大量的研究,包括对硫正极材料的改性、复合和优化等。

(2)过渡金属硫化物正极材料

过渡金属硫化物正极材料是一类具有高能量密度、高稳定性和长循环寿命的正极材料。其中,二硫化钼(MoS2)和二硫化钨(WS2)是最常用的过渡金属硫化物正极材料。它们具有层状结构,可以容纳锂离子在其层间进行嵌入和脱出,从而实现在较低的电压下进行充放电。然而,过渡金属硫化物正极材料的制备成本较高,且在大电流密度下充放电性能较差。

中钨在线二硫化钨粉末

中钨在线二硫化钨粉末

(3)聚合物硫正极材料

聚合物硫正极材料是一类具有高能量密度、优良的电化学性能和长循环寿命的正极材料。其中,聚硫和聚硒是最常用的聚合物硫正极材料。它们具有高电导率、低内阻和优良的化学稳定性等优点,因此在高倍率充放电条件下仍能保持较好的性能。然而,聚合物硫正极材料的制备工艺较为复杂,且其成本较高。

2.8.1.1.2 锂硫电池正极材料的制备方法
2.8.1.2 锂硫电池负极材料
2.8.1.2.1 锂硫电池负极材料的种类
2.8.1.2.2 锂硫电池负极材料的制备方法
2.8.1.2.3 锂硫电池负极材料的研究进展
2.8.1.3 锂硫电池隔膜
2.8.1.3.1 锂硫电池隔膜的种类
2.8.1.3.2 锂硫电池隔膜的制备方法
2.8.1.4 锂硫电池电解液
2.8.1.4.1 锂硫电池电解液的种类
2.8.1.4.2 锂硫电池电解液的制备方法
2.8.2 锂硫电池工作原理
2.8.3 锂硫电池主要特性
2.8.4 锂硫电池性能的影响因素
2.8.4.1 正极材料对锂硫电池性能的影响
2.8.4.2 负极材料对锂硫电池性能的影响
2.8.4.3 隔膜对锂硫电池性能的影响
2.8.4.4 电解液对锂硫电池性能的影响
2.8.4.5 放电深度对锂硫电池寿命的影响
2.8.4.6 过充电程度对锂硫电池寿命的影响
2.8.4.7 温度对锂硫电池寿命的影响
2.8.4.8 放电电流密度对锂硫电池寿命的影响
2.8.5 锂硫电池技术指标
2.8.6 锂硫电池使用注意事项
2.8.7 锂硫电池的应用
2.8.8 锂硫电池的发展现状
2.8.9 锂硫电池的发展前景
2.8.10 锂硫电池的发展瓶颈

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《钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究(二,中)》

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《钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究(一)》

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