锂离子电池电解液下游应用及行业发展趋势、市场规模、需求前景
1、锂离子电池电解液行业下游
在“碳达峰、碳中和”战略推动下,新能源汽车行业实现了高速发展,极大地拉动了动力类锂离子电池的需求量;电化学储能装机量的不断提升将推动储能类锂离子电池出货量的增长;5G技术的推广、各类可穿戴设备的兴起以及共享理念的普及将带动消费类锂离子电池销量。在动力类锂离子电池、储能类锂离子电池和消费类锂离子电池的市场需求的共同带动下,锂离子电池电解液市场发展空间广阔。随着市场的扩大,各电池企业也对电解液厂研发能力、技术水平、产品控制、产能及原材料的供应等方面提出更高的要求。
在研发能力和技术方面,电池企业不断追求电池的快充性能、高能量密度和高安全性能,电解液厂家需要深入探究电池正极材料、负极材料等与电解液的交互作用机理,开发新型功能电解液方案与之进行及时快速的响应,并形成与之相匹配的产品,才能满足电池企业的开发速度。在品质方面,电池企业对电解液厂的品质要求越来越严格,也需要电解液厂家不断优化工艺,提高质量控制能力,开发出更完善的电解液控制流程和检测方法,以满足电池企业的使用需求。在产能和原材料供应方面,电池企业对于电解液厂家提出采购要求以匹配其产能扩张的需求,电解液厂在锂离子电池材料领域需要进行纵向一体化布局,形成有机溶剂、添加剂、电解质完整的产业链,避免电解液原材料市场需求波动对电解液供应及价格波动造成影响。
因此,通过与电池企业的深度合作,电解液厂商可以借助电池企业技术、信息、设备优势,不断提升电解液的研发水平、品质水平,和电解液及原材料供应能力。
资料来源:普华有策2、行业发展趋势
(1)电池行业发展趋势
1)新型电池技术的行业发展态势
自年索尼推出第一款商业液态锂离子电池后,液态锂离子电池进入快速发展阶段。出于对更高能量密度和更高安全性的追求,各国都在加紧对新型电池技术的研发以期望能占领技术高地。目前市场研究热点集中在半固态及固态电池、钠离子电池、锂金属电池、锂硫电池等领域。
①半固态及固态电池
液态电解液的闪点较低且电压窗口较窄,影响电池的安全性及能量密度的进一步提升。采用不可燃且与锂金属负极兼容性较好的固态电解质取代液态电解液而组成的新型电池即固态电池,可进一步提高电池的能量密度及安全性能。目前研究比较多的固态电解质有:聚合物、硫化物和氧化物三种,其中聚合物电解质的电导率较低、耐压窗口相对较窄;硫化物电解质是目前电导率最高且性能最接近商业化的电解质材料,其电导率高达10-3S/cm甚至10-2S/cm,但该材料在制备及使用过程中对水及氧气敏感,容易导致材料失活,因此对电解质及电池的制造工艺要求极高;氧化物电解质的稳定性较高且易于加工,但其电导率欠佳,固态电解质与电池材料的界面接触阻抗普遍较大,影响了电池的循环、低温及功率性能。
通过在固态电解质中加入少量液态电解液,会形成半固态电池,半固态电池将固态电池和液态电池的优点相结合,目前是行业研究热点。但是从设备兼容性、成本控制和实际性能方面来看,半固态及固态电池与液态锂离子电池还存在一定的差距,尤其是固态电池的性能目前还无法满足产业化要求。
②钠离子电池
钠离子电池与锂离子电池结构类似,均属于可充电电池,都遵循脱嵌式工作原理。钠离子电池能量密度为70-Wh/kg,与磷酸铁锂电池在同一水平,远高于铅酸电池的30-50Wh/kg,此外,钠离子电池与锂离子电池可实现在电池生产设备、工艺方面的兼容以及在产线上的快速切换。钠离子电池的正极材料及电解质的制备均不需要价格昂贵的碳酸锂,因此钠离子电池材料的成本远低于锂离子电池。钠离子电池有望首先替代铅酸和磷酸铁锂电池主导的低速电动车、储能等市场。近年来,随着钠离子电池正极材料和负极材料及电解液的快速发展,钠离子电池技术日趋成熟,部分企业已经开始小批量生产。
③锂金属电池
锂金属电池负极采用金属锂,其具有高达3,mAh/g的理论容量,能量密度非常高,用于动力电池可以实现续航距离超过常规锂离子电池一倍以上的目的。但锂金属电池安全性能较差,反复充放电过程中锂不均匀沉积并形成锂枝晶,容易导致电池出现容量衰减、短路、起火爆炸等现象。预计锂金属电池实用化尚需一定周期,在动力电池领域实现规模化量产将会是相对漫长的过程。
此外,以锂硫、锂空气、铝空气等为代表的众多前瞻新兴电池技术,将丰富新能源电池市场发展的多元化战略格局。
2)锂离子电池技术发展趋势
随着市场对新能源汽车续航里程要求的提升,未来电池主要朝着高能量密度、高安全性方面发展。磷酸铁锂和三元材料是目前正极材料市场主流的研究方向,新能源电池行业未来将呈现“铁锂三元为主,多元化技术路线为辅”的发展特征。三元电池:三元电池能量密度高、低温性能好。随着市场对新能源汽车续航里程要求的提升,三元电池材料体系逐渐从三元低镍向三元中高镍电池体系过渡,尤其是拥有高能量密度优势的三元高镍材料电池成为市场