中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：負(fù)極指電源中電位(電勢(shì))較低的一端。在原電池中，是指在電池反應(yīng)中給出電子，做還原劑的部分。負(fù)極材料則是指做負(fù)極原材料。
從鋰離子電池的發(fā)展歷史來(lái)看，負(fù)極材料的研究對(duì)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(fù)極材料是金屬鋰，由于電池的安全問(wèn)題以及循環(huán)性能不佳，鋰二次電池未能實(shí)用。90年代SONY公司首次將碳材料用于鋰離子電池負(fù)極，實(shí)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(diǎn)轉(zhuǎn)向正極材料方面，隨著新能源汽車的發(fā)展，動(dòng)力電池技術(shù)的快速升級(jí)，正極材料的發(fā)張已經(jīng)相對(duì)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(dòng)力電池成為行業(yè)分水嶺。
除去正極材料之外，鋰電池負(fù)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(fù)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(fù)極材料的研究相對(duì)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(shí)間。
相對(duì)于鋰電池正極材料，負(fù)極材料的研究方興未艾。較為理想的負(fù)極材料最少要具備以下7點(diǎn)條件：化學(xué)電位較低，與正極材料形成較大的電勢(shì)差，從而得到高功率電池;應(yīng)具備較高的循環(huán)比容量;在負(fù)極材料中Li+應(yīng)該容易嵌入和脫出，具有較高的庫(kù)倫效率，以至于在Li+脫嵌過(guò)程中可以有較穩(wěn)定的充放電電壓;有良好的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率；有良好的穩(wěn)定性，對(duì)電解質(zhì)有一定的兼容性;對(duì)于材料的來(lái)源應(yīng)該資源豐富，價(jià)格低廉，制造工藝簡(jiǎn)單;安全、綠色無(wú)污染。
符合以上各個(gè)條件的負(fù)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(jià)格便宜，材料易得的新型負(fù)極材料成為當(dāng)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(fù)極材料的種類來(lái)看，按照材料的組分，通?？梢詫囯姵刎?fù)極材料分為2大類：碳材料和非碳質(zhì)材料。碳材料負(fù)極進(jìn)一步分類為天然石墨負(fù)極、人造石墨負(fù)極、中間相碳微球（MCMB）、軟炭（如焦炭）負(fù)極、硬炭負(fù)極、碳納米管、石墨烯、碳纖維等；其他非碳負(fù)極材料主要分為硅基及其復(fù)合材料、氮化物負(fù)極、錫基材料、鈦酸鋰、合金材料等。
負(fù)極材料包括碳系與非碳系負(fù)極材料
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近年來(lái)負(fù)極材料規(guī)模的迅速增長(zhǎng)受益于新能源汽車發(fā)展：鋰電池根據(jù)其應(yīng)用可分為消費(fèi)電池、動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池三類。消費(fèi)電池主要用于手機(jī)、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(yīng)用市場(chǎng)中規(guī)模最大的領(lǐng)域。儲(chǔ)能電池市場(chǎng)目前尚處于培育階段，相比其他兩類市場(chǎng)規(guī)模很小。動(dòng)力電池主要應(yīng)用于新能源汽車生產(chǎn)，故而動(dòng)力電池市場(chǎng)與新能源汽車市場(chǎng)高度重合。而我國(guó)近年來(lái)國(guó)家政策大力扶持新能源汽車，新能源汽車的爆發(fā)增長(zhǎng)帶動(dòng)動(dòng)力電池的增長(zhǎng)，進(jìn)而使負(fù)極材料的需求大幅上升，負(fù)極材料市場(chǎng)迅速擴(kuò)大。
在負(fù)極材料需求量方面，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)近年來(lái)鋰電池的產(chǎn)量，再假設(shè)每KWH鋰電池負(fù)極材料的平均用量為1.35kg，以此來(lái)對(duì)國(guó)內(nèi)負(fù)極材料的需求數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。2011年我國(guó)負(fù)極材料行業(yè)需求約1.69萬(wàn)噸，到2018年需求達(dá)到了14.02萬(wàn)噸。
2011-2018年中國(guó)負(fù)極材料行業(yè)需求市場(chǎng)
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2018年我國(guó)鋰電負(fù)極材料行業(yè)產(chǎn)量約19.2萬(wàn)噸，同比2017年的14.9萬(wàn)噸增長(zhǎng)了28.9%，近幾年我國(guó)鋰電負(fù)極材料行業(yè)產(chǎn)量情況如下圖所示：
2011-2018年中國(guó)負(fù)極材料行業(yè)供給情況
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2016年我國(guó)國(guó)內(nèi)鋰電負(fù)極材料市場(chǎng)規(guī)模為46.53億元，2017年我國(guó)鋰電負(fù)極材料市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)至60.55億元，2017年我國(guó)鋰離子電池負(fù)極材料規(guī)模達(dá)78.23億元。
2011-2018年我國(guó)鋰電負(fù)極材料市場(chǎng)規(guī)模走勢(shì)
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2011年，我國(guó)軟包鋰離子電池負(fù)極材料需求量為0.41萬(wàn)噸，方形鋰離子電池負(fù)極材料需求量為0.95萬(wàn)噸，圓柱鋰離子電池負(fù)極材料需求量為0.33萬(wàn)噸。2018年，我國(guó)軟包鋰離子電池負(fù)極材料需求量為3.99萬(wàn)噸，方形鋰離子電池負(fù)極材料需求量為6.92萬(wàn)噸，圓柱鋰離子電池負(fù)極材料需求量為3.11萬(wàn)噸。
2011-2018年中國(guó)負(fù)極材料應(yīng)用市場(chǎng)細(xì)分需求總規(guī)模
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在汽車電動(dòng)化趨勢(shì)帶動(dòng)下，負(fù)極材料行業(yè)產(chǎn)能持續(xù)擴(kuò)大。新能源汽車行業(yè)高景氣度推動(dòng)下，為了進(jìn)一步降低成本、提高供應(yīng)能力、增加市場(chǎng)份額，負(fù)極廠商擴(kuò)產(chǎn)步伐依舊堅(jiān)定，除此之外，已有部分企業(yè)跨界進(jìn)入負(fù)極材料領(lǐng)域。
隨著國(guó)家陸續(xù)出臺(tái)新能源汽車補(bǔ)貼政策，我國(guó)新能源汽車銷量大幅增長(zhǎng)，2014年銷量7.48萬(wàn)輛，2015年銷量33.11萬(wàn)輛，2016年銷量50.70萬(wàn)輛， 2017年，新能源汽車產(chǎn)銷分別完成79.4萬(wàn)輛和77.7萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)53.8%和53.3%。其中，純電動(dòng)汽車產(chǎn)銷分別完成66.7萬(wàn)輛和65.2萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)59.8%和59.6%；插電式混合動(dòng)力汽車產(chǎn)銷分別為12.8萬(wàn)輛和12.4萬(wàn)輛，同比分別增長(zhǎng)28.5%和26.9%。2011-2018年，我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量如下圖所示：
2011-2018年我國(guó)新能源汽車產(chǎn)銷量走勢(shì)圖
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工信部牽頭編制的《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》，明確到2020年我國(guó)新能源汽車年產(chǎn)量將達(dá)到200萬(wàn)輛，年均復(fù)合增長(zhǎng)率40.93%。新能源汽車將成為我國(guó)鋰電池負(fù)極材料需求量增長(zhǎng)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(jìn)入成長(zhǎng)期。《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)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(guó)要邁入世界汽車強(qiáng)國(guó)行列，實(shí)現(xiàn)新能源汽車全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
從技術(shù)角度來(lái)看，未來(lái)鋰離子電池負(fù)極材料將會(huì)呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前的鋰離子電池負(fù)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(wú)定形碳、鈦酸鋰、硅碳合金等多種負(fù)極材料共存的局面。
幾種鋰電池負(fù)極材料性能對(duì)比
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就目前以及未來(lái)一定時(shí)期內(nèi)，負(fù)極材料仍將以石墨類負(fù)極材料為主。一是因?yàn)樾滦拓?fù)極材料的技術(shù)與應(yīng)用還不成熟，還需要時(shí)間磨合與改進(jìn)；二是石墨類負(fù)極的價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯；三是石墨類負(fù)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(guò)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，負(fù)極材料廠家在立足于石墨類負(fù)極材料的同時(shí)，需加大力度盡早開(kāi)發(fā)出新型負(fù)極材料，搶占先機(jī)。因?yàn)槭愗?fù)極材料的理論克容量為372mAh/g ，市面上性能較好的石墨負(fù)極材料已經(jīng)能達(dá)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(zhǎng)的性能要求。目前業(yè)內(nèi)關(guān)注比較多的新型負(fù)極材料有鈦酸鋰、硬碳、硅碳復(fù)合材料等。
新能源汽車的發(fā)展對(duì)動(dòng)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(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案》中提出，到2020年，新型鋰離子動(dòng)力電池單體比能量超300Wh/公斤，系統(tǒng)比能量達(dá)260Wh/公斤；到2025年，單體比能量達(dá)500Wh/公斤。傳統(tǒng)石墨很難達(dá)到這一要求，而硅碳復(fù)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(lái)主流負(fù)極材料。
硅與碳的相似化學(xué)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(duì)復(fù)合材料的性能起著重大影響。硅碳復(fù)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(wú)定型碳，嵌入型碳基質(zhì)主要為無(wú)定型碳、石墨和石墨烯等，目前摻雜型硅碳復(fù)合材料為研究熱點(diǎn)。
國(guó)外企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)硅碳負(fù)極材料量產(chǎn)，松下2013年量產(chǎn)的NCR18650C型號(hào)電池即采用硅碳負(fù)極材料；日本GS湯淺推出的硅基負(fù)極材料鋰電池也已應(yīng)用于三菱汽車；特斯拉推出的Model3成功應(yīng)用硅碳負(fù)極材料，實(shí)現(xiàn)300Wh/kg比能量，更加明確了硅碳負(fù)極的未來(lái)地位。
我國(guó)硅碳材料發(fā)展較晚，工藝技術(shù)相對(duì)落后，生產(chǎn)成本居高不下，成為限制其應(yīng)用的主要原因。目前主流負(fù)極廠商已擴(kuò)大硅碳負(fù)極投入，新進(jìn)入者也開(kāi)始布局硅碳負(fù)極，新增產(chǎn)能2017年底開(kāi)始陸續(xù)投產(chǎn)。提前布局硅碳負(fù)極、擁有技術(shù)優(yōu)勢(shì)、更快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的企業(yè)，將有望改變負(fù)極產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)有格局。
目前國(guó)內(nèi)鋰電池負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)眾多，超過(guò) 50 家，其中公司和杉杉股份為第一梯隊(duì)，處于國(guó)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(duì)，相互之間差距不大；另外三菱化學(xué)等巨頭也在國(guó)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(lái)幾年，國(guó)內(nèi)負(fù)極生產(chǎn)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)主要體現(xiàn)在第二梯隊(duì)企業(yè)對(duì)第一梯度企業(yè)的追趕，以及第一梯度企業(yè)間的競(jìng)爭(zhēng)，行業(yè)集中度將進(jìn)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(guó)防、科技、生活領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用，作為鋰電池的核心關(guān)鍵材料，鋰電負(fù)極材料的市場(chǎng)需求不斷提高。近年來(lái)，便攜式電子消費(fèi)品逐步融入人們的日常生活，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)在世界各國(guó)政府的大力支持下也將開(kāi)始商業(yè)化推廣，這都將促進(jìn)鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，同時(shí)也給鋰電負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)帶來(lái)廣闊的發(fā)展空間。
同時(shí)我國(guó)的鋰、鎳、錳、鐵、磷等資源相對(duì)豐富，因此鋰電負(fù)極材料中的多元材料、錳酸鋰、磷酸亞鐵鋰的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用在我國(guó)具有較大的資源優(yōu)勢(shì)，而相關(guān)的冶煉行業(yè)在中國(guó)的發(fā)展也很迅速，這使得鋰電負(fù)極材料的發(fā)展有著較完善的供應(yīng)鏈的支撐，必將對(duì)我國(guó)鋰電負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。
隨著移動(dòng)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(dòng)通信基站，寸土寸金的現(xiàn)實(shí)條件使得鋰離子電池成為這類基站電源的不二之選。未來(lái)幾年，鋰離子電池在基站電源市場(chǎng)的應(yīng)用會(huì)高速發(fā)展。同時(shí)，為了降低電動(dòng)汽車的售價(jià)，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?cái)U(kuò)產(chǎn)或二次利用，開(kāi)發(fā)家庭儲(chǔ)能市場(chǎng)，以降低車載電池價(jià)格，這已形成了一股潮流。在這兩大細(xì)分市場(chǎng)的帶動(dòng)下，整個(gè)工業(yè)儲(chǔ)能市場(chǎng)在2020年之前也會(huì)取得較大發(fā)展，2020年之后，隨著電網(wǎng)儲(chǔ)能商業(yè)化應(yīng)用的逐步開(kāi)展，工業(yè)&儲(chǔ)能市場(chǎng)將會(huì)推動(dòng)鋰電池以及鋰電池負(fù)極材料的需求高速增長(zhǎng)。鋰電池負(fù)極材料具有廣闊的市場(chǎng)前景。（信息來(lái)源：智研咨詢）
