锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时,M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼,使得锂金属的加工、保存、使用,对环境要求非常高。随着科学技术的发展,锂电池已经成为了主流。
锂电池大致可分为两类:锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂,并且是可以充电的。可充电电池的第五代产品锂金属电池在1996年诞生,其安全性、比容量、自放电率和性能价格比均优于锂离子电池。由于其自身的高技术要求限制,只有少数几个国家的公司在生产这种锂金属电池。锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。
碳在锂离子电池始终有很广泛的应用,C60与CNTs是锂离子电池最常用的负极材料,能有效提高电池电化学性能。近几年,伴随石墨烯及其配套技术的不断发展,业界开始将石墨烯作为新型锂离子电池的负极材料。试验表明,采用石墨烯为负极材料,具有良好储锂性质。
根据中研普华产业研究院发布的《2022-2027年中国锂电池及其负极材料回收再利用市场投资规划研究报告》显示:
目前锂电池回收多聚焦于电池正极材料,对于负极和电解液的回收却受到企业忽视。可能因为负极石墨很便宜,所以大家觉得不值得回收,天然石墨的提纯存在高污染高能耗的问题,但回收负极材料后生成具有高导电性的石墨烯材料,在电池等领域有着非常大的吸引力。锂电池石墨负极的回收或会成为企业的重视方向之一。
我国在锂离子电池负极材料产业化方面具有一定的优势,国内电池产业链从原料的开采、电极材料的生产、电池的制造和回收等环节比较齐整。此外,我国的石墨储量丰富,仅次于土耳其和巴西。经过近20年的发展,国产负极材料已走出国门,深圳贝特瑞新能源材料股份有限公司、上海杉杉科技有限公司和江西紫宸科技有限公司等厂商在负极材料的研发和生产等领域已处于世界先进水平。
新能源汽车高产销量带来动力电池高出货量。一般而言,当电池容量衰减到初始容量的60%-80%左右,便达到设计的有效使用寿命,需进行替换。电动乘用车电池的有效寿命在4-6年左右,而电动商用车由于日行驶里程长、充电频次多,电池有效寿命仅约3年左右。考虑到新能源汽车企业目前对动力电池的质保服务大多在5-8年,且中国的新能源车开始普遍应用始于2014年,2018年开始我国新能源汽车动力电池进入大规模退役阶段。
数据显示,2020年我国动力锂电池出货量为80GWh,同比2019年增长12.7%;2020年我国储能锂电池出货量为16GWh,同比2019年增长68.4%。2020年我国锂电池负极材料行业市场规模达140.2亿元,同比2019年增长16.8%。2020年我国锂电池负极材料出货量为36.5万吨,同比2019年增长37.7%。
按出货量细分产品结构来看,2020年我国人造石墨出货量占锂电池负极材料出货总量的83%,天然石墨出货量占锂电池负极材料出货总量的16%。
目前锂电池回收多聚焦于电池正极材料,对于负极和电解液的回收却受到企业忽视。可能因为负极石墨很便宜,所以大家觉得不值得回收,天然石墨的提纯存在高污染高能耗的问题,但回收负极材料后生成具有高导电性的石墨烯材料,在电池等领域有着非常大的吸引力。锂电池石墨负极的回收或会成为企业的重视方向之一。
近几年,我国锂电池及其负极材料回收再利用产业市场规模急速扩大,由2016年的3.62亿元到2019年的8.73亿元,短短四年时间,增加了5.11亿元,增长140.98%。随着下游行业的更新换代,特别是新能源汽车锂电池报废量的增加,行业市场规模进一步扩大。
我国锂电池负极材料市场产量保持稳速增长的主要原因有:市场增长主要受动力电池市场增长拉动,动力型人造石墨成负极材料市场主要增长点;以贝特瑞、江西紫宸、上海杉杉为代表的企业出口保持增加,尤其是紫宸,随着其产能的释放,对日韩企业的出口量大幅增加。
近年来,在国家的大力支持下,锂离子电池行业发展势头良好,负极材料迎来了前所未有的机遇。由于新能源行业对锂离子电池能量密度的要求越来越高,石墨和钛酸锂材料的性能正在不断地优化。与此同时,下一代锂离子电池负极材料——硅,也正在逐步开始商业化。因此,需要对原有的负极标准进行升级,甚至是编制新的标准,从而促进我国锂离子电池行业的健康和可持续发展。
锂电池及其负极材料回收再利用市场前景
未来几年,我国动力电池企业竞争格局将发生较大变化,且动力电池对负极材料的需求量远大于3C数码电池,人造石墨的应用比例会越来越高。受广大应用前景吸引,多家负极材料企业加大产能扩产,且有一批新进入企业进入。未几年年,负极材料市场竞争将进一步加剧,低端重复产能将被淘汰,拥有核心技术和优势客户渠道的企业才能获得长足的发展,市场集中度将有所提高。预计到2025年锂电池负极材料市场需求量将会达到46.92万吨。
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