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新能源產業下一個風口:“硅基負極”迎來春天

伴隨三元正極進一步推廣,硅基負極市場空間廣闊在高能量密度發展的路徑之上,動力電池正極采用高鎳三元材料,而負極則配合使用硅基負極材料。未來 NCM811 和 NCA 成為動力電池的主流市場。隨著硅基負極制備工藝及電池廠商對于高鎳體系掌握的逐步成熟,硅基負極未來將迎來較為廣闊的市場。


伴隨三元正極進一步推廣,硅基負極市場空間廣闊


在新能源汽車追求高續航里程的迫切需求下,動力電池也在積極尋找新型高能量密度材料。作為提升電池能量密度的兩大材料,正極和負極還有較大提升空間。


正極方面,目前三元材料是往高能量密度發展的最優路徑之一。且從三元電池產量來看,三元的滲透率正在逐步的提高。


三元材料在動力領域安全性逐步成熟,以及消費市場對于續航里程的需求提升,在能量密度上具有顯著優勢的高鎳三元材料電池市場普遍看好,成為眾多動力電池企業的研究熱點。


目前國內三元材料市場上較為主流的是NCM523(超過75%)和111(約15%),更高一級的NCM622也開始在動力電池領域批量應用。


但是真正意義上的NCM811和NCA高鎳三元材料卻還處于試生產階段,離大批量生產應用還需要一定的時間。從能量密度的提升方面,我們可以看到,高鎳和NCA有較為明顯的提升。


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隨著高鎳三元正極工藝的成熟和放量,下游新能源車對動力電池能量密度要求的不斷提高,為了配合高容量的正極材料,硅基負極的需求也將水漲船高。


動力電池正負極使用量大約為2:1,我們根據高鎳三元正極未來用量預期,推算出相應年度硅基負極需求量。


硅基負極價格目前較高,在26萬元/噸的水平,隨著制造工藝的成熟和技術的革新,加工成本必將逐漸下行,此外,隨著產業的成熟,負極企業也可享受到規模化效應帶來的成本節約。


所以我們預測,在未來幾年硅基負極價格將一路走低,并在2020年達到12萬元/噸的單價。


由此可以推算出硅基負極的市場空間,我們認為,市場空間將在2018年加速增長,并在2020年到達17億元的規模。


政策推動和消費需求劍指動力電池能量密度


新能源汽車產業在近年來發展迅速,行業在國家政策的鼓勵和支持下日漸成熟,尤其在2014、2015年,新能源汽車銷量增速均超過300%。


預計2017年,新能源汽車年度銷售量將超過70萬臺。目前市場上的主流新能源乘用車續航里程大約200公里,不足燃油汽車的三分之一,這是掣肘新能源汽車大規模市場化的主要原因之一。


新能源汽車對輕量化有較高的要求,電池在一定重量的情況下,新能源汽車的續航能力主要取決于電池的能量密度,隨著消費者對于新能源車續航里程的進一步要求,動力電池將逐步往高能量密度方向發展。


新能源汽車行業近年來的蓬勃發展離不開政策性的補貼和支持,從近年發布的政策和規劃來看,國家亦不斷鼓勵動力電池往高能量密度發展。


根據2017年4月發布的《汽車產業中長期發展規劃》,到2020年,鋰離子動力電池能量密度需達到300Wh/kg以上;2025年,能量密度達到350Wh/kg以上。


鋰電池要達到此規劃中的能量密度,正極需要使用高克容量的811/NCA材料,同時負極也需要匹配高克容量的材料,顯然目前普遍使用的石墨負極(理論克容量372mAh/g)無法達到。


此外,將于2018年4月1日實行的《乘用車企業平均燃料消耗量與新能源汽車積分并行管理辦法》對新能源汽車積分比例提出強制性要求。


新能源汽車積分的計算一方面由汽車的續航里程決定,另一方面對汽車百公里耗電量(由汽車質量決定)設定不同標準,滿足條件二的新能源汽車,其可計算的新能源汽車積分是標準積分的1.2倍。而對于不滿足標準的新能源汽車,積分僅是標準積分的0.5倍。


由此可見,國家鼓勵新能源汽車往高續航、低耗電的方向發展,鼓勵汽車企業生產新能源汽車使用高能量密度的動力電池。


硅基負極:產業未來爆發點


鋰電池的負極材料對于電池的安全性能,能量密度及循環壽命等技術指標有重要的影響。


現有的負極材料分為碳材料和非碳材料,碳系負極材料主要包括人造石墨、天然石墨和中間相炭微球等;非碳材料負極主要包括鈦基材料和硅基材料。


目前,石墨負極材料(主要是天然石墨和人造石墨)憑借工藝成熟、成本較低和性能較好的優勢占據90%的負極材料市場。


然而,石墨材料雖有高電導率和穩定性的優勢,但在能量密度方面的發展已接近其理論最大值(372mAh/g)。


隨著新能源汽車對續航能力要求不斷提高,電池負極材料也在向著高能量密度方向發展。


硅具有4200mAh/g的理論克容量,且地球儲量高,結合了碳材料高電導率、穩定性及硅材料高容量優點的硅基材料(Si/C、SiO/C)有著巨大的發展潛力。


國內外企業共同發力,開啟產業化之路


全球95%以上的負極材料銷量來自于中國和日本,兩國在石墨負極材料領域各有優勢,日本在技術水平方面處于領先地位,而中國擁有豐富石墨礦產資源,具有成本優勢。但在硅碳負極領域,無論是材料的生產還是應用,國內發展與國外還有一段距離。


其他負極材料生產企業和電池廠商如江西紫宸、國軒高科、中科星城等正在不斷的對硅基負極材料進行研究投入,預計未來兩年將迎來硅碳負極應用的爆發期。


另一個制約硅碳石墨大批量使用的原因是電池企業本身的技術工藝還不夠成熟。當然也有少部分的企業已經取得了一定的技術突破。

今年,特斯拉通過在人造石墨中加入10%的硅基材料作為動力電池負極(負極克容量達到550mAh/g以上,電池能量密度可達300wh/kg)成功運用于Model3,開啟硅碳負極材料運用于動力電池的里程碑。


文章來源:cnmn


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