中國儲能網(wǎng)訊：負極指電源中電位(電勢)較低的一端。在原電池中，是指在電池反應中給出電子，做還原劑的部分。負極材料則是指做負極原材料。
從鋰離子電池的發(fā)展歷史來看，負極材料的研究對鋰離子電池的出現(xiàn)起著決定性作用。鋰離子電池最早研究的負極材料是金屬鋰，由于電池的安全問題以及循環(huán)性能不佳，鋰二次電池未能實用。90年代SONY公司首次將碳材料用于鋰離子電池負極，實現(xiàn)了鋰離子電池的商業(yè)化。在此之后，鋰離子電池的主要的研究熱點轉(zhuǎn)向正極材料方面，隨著新能源汽車的發(fā)展，動力電池技術(shù)的快速升級，正極材料的發(fā)張已經(jīng)相對成熟。已經(jīng)逐步確立了以三元材料為主的正極材料技術(shù)路線，160wh/kg以上的動力電池成為行業(yè)分水嶺。
除去正極材料之外，鋰電池負極材料的能量密度是影響鋰電池能量密度的主要因素之一，且按鋰離子電池成本比例，負極材料占比鋰電池總成本的25%～28%。就目前的技術(shù)現(xiàn)狀而言，目前鋰電池負極材料的研究相對滯后，正極材料取得較大突破的可能性較小。固態(tài)電池的技術(shù)雖然取得突破，但正式的商用仍需要3-5年時間。
相對于鋰電池正極材料，負極材料的研究方興未艾。較為理想的負極材料最少要具備以下7點條件：化學電位較低，與正極材料形成較大的電勢差，從而得到高功率電池;應具備較高的循環(huán)比容量;在負極材料中Li+應該容易嵌入和脫出，具有較高的庫倫效率，以至于在Li+脫嵌過程中可以有較穩(wěn)定的充放電電壓;有良好的電子電導率和離子電導率；有良好的穩(wěn)定性，對電解質(zhì)有一定的兼容性;對于材料的來源應該資源豐富，價格低廉，制造工藝簡單;安全、綠色無污染。
符合以上各個條件的負極材料目前基本不存在，因此研究能量密度高，安全性能好，價格便宜，材料易得的新型負極材料成為當務(wù)之急，這也是現(xiàn)階段鋰電池研究領(lǐng)域的熱門課題，目前已經(jīng)成為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。
從目前的負極材料的種類來看，按照材料的組分，通?？梢詫囯姵刎摌O材料分為2大類：碳材料和非碳質(zhì)材料。碳材料負極進一步分類為天然石墨負極、人造石墨負極、中間相碳微球（MCMB）、軟炭（如焦炭）負極、硬炭負極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等；其他非碳負極材料主要分為硅基及其復合材料、氮化物負極、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。
負極材料包括碳系與非碳系負極材料
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近年來負極材料規(guī)模的迅速增長受益于新能源汽車發(fā)展：鋰電池根據(jù)其應用可分為消費電池、動力電池和儲能電池三類。消費電池主要用于手機、筆記本電腦、平板電腦、可穿戴設(shè)備等，是鋰電池三大終端應用市場中規(guī)模最大的領(lǐng)域。儲能電池市場目前尚處于培育階段，相比其他兩類市場規(guī)模很小。動力電池主要應用于新能源汽車生產(chǎn)，故而動力電池市場與新能源汽車市場高度重合。而我國近年來國家政策大力扶持新能源汽車，新能源汽車的爆發(fā)增長帶動動力電池的增長，進而使負極材料的需求大幅上升，負極材料市場迅速擴大。
在負極材料需求量方面，通過對國內(nèi)近年來鋰電池的產(chǎn)量，再假設(shè)每KWH鋰電池負極材料的平均用量為1.35kg，以此來對國內(nèi)負極材料的需求數(shù)據(jù)進行分析。2011年我國負極材料行業(yè)需求約1.69萬噸，到2018年需求達到了14.02萬噸。
2011-2018年中國負極材料行業(yè)需求市場
資料來源：智研咨詢整理
2018年我國鋰電負極材料行業(yè)產(chǎn)量約19.2萬噸，同比2017年的14.9萬噸增長了28.9%，近幾年我國鋰電負極材料行業(yè)產(chǎn)量情況如下圖所示：
2011-2018年中國負極材料行業(yè)供給情況
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2016年我國國內(nèi)鋰電負極材料市場規(guī)模為46.53億元，2017年我國鋰電負極材料市場規(guī)模增長至60.55億元，2017年我國鋰離子電池負極材料規(guī)模達78.23億元。
2011-2018年我國鋰電負極材料市場規(guī)模走勢
資料來源：智研咨詢整理
2011年，我國軟包鋰離子電池負極材料需求量為0.41萬噸，方形鋰離子電池負極材料需求量為0.95萬噸，圓柱鋰離子電池負極材料需求量為0.33萬噸。2018年，我國軟包鋰離子電池負極材料需求量為3.99萬噸，方形鋰離子電池負極材料需求量為6.92萬噸，圓柱鋰離子電池負極材料需求量為3.11萬噸。
2011-2018年中國負極材料應用市場細分需求總規(guī)模
資料來源：智研咨詢整理
在汽車電動化趨勢帶動下，負極材料行業(yè)產(chǎn)能持續(xù)擴大。新能源汽車行業(yè)高景氣度推動下，為了進一步降低成本、提高供應能力、增加市場份額，負極廠商擴產(chǎn)步伐依舊堅定，除此之外，已有部分企業(yè)跨界進入負極材料領(lǐng)域。
隨著國家陸續(xù)出臺新能源汽車補貼政策，我國新能源汽車銷量大幅增長，2014年銷量7.48萬輛，2015年銷量33.11萬輛，2016年銷量50.70萬輛， 2017年，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成79.4萬輛和77.7萬輛，同比分別增長53.8%和53.3%。其中，純電動汽車產(chǎn)銷分別完成66.7萬輛和65.2萬輛，同比分別增長59.8%和59.6%；插電式混合動力汽車產(chǎn)銷分別為12.8萬輛和12.4萬輛，同比分別增長28.5%和26.9%。2011-2018年，我國新能源汽車產(chǎn)銷量如下圖所示：
2011-2018年我國新能源汽車產(chǎn)銷量走勢圖
資料來源：中國汽車工業(yè)協(xié)會
工信部牽頭編制的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，明確到2020年我國新能源汽車年產(chǎn)量將達到200萬輛，年均復合增長率40.93%。新能源汽車將成為我國鋰電池負極材料需求量增長最快的領(lǐng)域。新能源汽車產(chǎn)業(yè)空間巨大，目前已正式進入成長期?！镀嚠a(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》及《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》指出，到 2020-2025 年，我國要邁入世界汽車強國行列，實現(xiàn)新能源汽車全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
從技術(shù)角度來看，未來鋰離子電池負極材料將會呈現(xiàn)出多樣性的特點。隨著技術(shù)的進步，目前的鋰離子電池負極材料已經(jīng)從單一的人造石墨發(fā)展到了天然石墨、中間相碳微球、人造石墨為主，軟碳/硬碳、無定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負極材料共存的局面。
幾種鋰電池負極材料性能對比
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就目前以及未來一定時期內(nèi)，負極材料仍將以石墨類負極材料為主。一是因為新型負極材料的技術(shù)與應用還不成熟，還需要時間磨合與改進；二是石墨類負極的價格優(yōu)勢明顯；三是石墨類負極材料與正極材料、電解液等其他鋰電池材料相匹配的技術(shù)較為成熟。
不過，從長遠來看，負極材料廠家在立足于石墨類負極材料的同時，需加大力度盡早開發(fā)出新型負極材料，搶占先機。因為石墨類負極材料的理論克容量為372mAh/g ，市面上性能較好的石墨負極材料已經(jīng)能達到360 mAh/g，克容量逐漸趨于極限值，不能滿足下游電芯日益增長的性能要求。目前業(yè)內(nèi)關(guān)注比較多的新型負極材料有鈦酸鋰、硬碳、硅碳復合材料等。
新能源汽車的發(fā)展對動力電池的比能量不斷提出更高的要求，工信部等四部委發(fā)布的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》中提出，到2020年，新型鋰離子動力電池單體比能量超300Wh/公斤，系統(tǒng)比能量達260Wh/公斤；到2025年，單體比能量達500Wh/公斤。傳統(tǒng)石墨很難達到這一要求，而硅碳復合材料的超高理論能量密度可以顯著提升單體比容量，有望成為未來主流負極材料。
硅與碳的相似化學性質(zhì)為其結(jié)合提供了理論依據(jù)，但不同的結(jié)合方式也對復合材料的性能起著重大影響。硅碳復合材料主要分為三種結(jié)構(gòu)：包覆型、嵌入性、摻雜型。包覆型的表面碳層主要為無定型碳，嵌入型碳基質(zhì)主要為無定型碳、石墨和石墨烯等，目前摻雜型硅碳復合材料為研究熱點。
國外企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)硅碳負極材料量產(chǎn)，松下2013年量產(chǎn)的NCR18650C型號電池即采用硅碳負極材料；日本GS湯淺推出的硅基負極材料鋰電池也已應用于三菱汽車；特斯拉推出的Model3成功應用硅碳負極材料，實現(xiàn)300Wh/kg比能量，更加明確了硅碳負極的未來地位。
我國硅碳材料發(fā)展較晚，工藝技術(shù)相對落后，生產(chǎn)成本居高不下，成為限制其應用的主要原因。目前主流負極廠商已擴大硅碳負極投入，新進入者也開始布局硅碳負極，新增產(chǎn)能2017年底開始陸續(xù)投產(chǎn)。提前布局硅碳負極、擁有技術(shù)優(yōu)勢、更快實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，將有望改變負極產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)有格局。
目前國內(nèi)鋰電池負極材料生產(chǎn)企業(yè)眾多，超過 50 家，其中公司和杉杉股份為第一梯隊，處于國內(nèi)行業(yè)領(lǐng)先地位；星城石墨、正拓能源、摩根海容等為第二梯隊，相互之間差距不大；另外三菱化學等巨頭也在國內(nèi)設(shè)廠；其余多為規(guī)模小、技術(shù)水平低的企業(yè)。未來幾年，國內(nèi)負極生產(chǎn)企業(yè)的競爭主要體現(xiàn)在第二梯隊企業(yè)對第一梯度企業(yè)的追趕，以及第一梯度企業(yè)間的競爭，行業(yè)集中度將進一步提高。
而隨著現(xiàn)代電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展，鋰電池在工業(yè)、國防、科技、生活領(lǐng)域得到越來越多的應用，作為鋰電池的核心關(guān)鍵材料，鋰電負極材料的市場需求不斷提高。近年來，便攜式電子消費品逐步融入人們的日常生活，電動汽車產(chǎn)業(yè)在世界各國政府的大力支持下也將開始商業(yè)化推廣，這都將促進鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，同時也給鋰電負極材料產(chǎn)業(yè)帶來廣闊的發(fā)展空間。
同時我國的鋰、鎳、錳、鐵、磷等資源相對豐富，因此鋰電負極材料中的多元材料、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰的開發(fā)和應用在我國具有較大的資源優(yōu)勢，而相關(guān)的冶煉行業(yè)在中國的發(fā)展也很迅速，這使得鋰電負極材料的發(fā)展有著較完善的供應鏈的支撐，必將對我國鋰電負極材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。
隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)由3G向4G甚至5G方向發(fā)展，要求在人口密集地域高密度建設(shè)大量小微型移動通信基站，寸土寸金的現(xiàn)實條件使得鋰離子電池成為這類基站電源的不二之選。未來幾年，鋰離子電池在基站電源市場的應用會高速發(fā)展。同時，為了降低電動汽車的售價，日產(chǎn)、特斯拉、通用汽車、三菱汽車、戴姆勒-奔馳、比亞迪等知名車企已紛紛在嘗試將車載電池擴產(chǎn)或二次利用，開發(fā)家庭儲能市場，以降低車載電池價格，這已形成了一股潮流。在這兩大細分市場的帶動下，整個工業(yè)儲能市場在2020年之前也會取得較大發(fā)展，2020年之后，隨著電網(wǎng)儲能商業(yè)化應用的逐步開展，工業(yè)&儲能市場將會推動鋰電池以及鋰電池負極材料的需求高速增長。鋰電池負極材料具有廣闊的市場前景。（信息來源：智研咨詢）
