貝特瑞龐春雷：預(yù)計(jì)在2030年之前，鋰電池負(fù)極材料仍然以石墨和硅為主
【電池中國(guó) 11月30日
上海訊】11月28-30日，由武漢逸飛激光股份有限公司總冠名的“第八屆動(dòng)力電池應(yīng)用國(guó)際峰會(huì)(CBIS2023)”在上海舉辦。本屆峰會(huì)由中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)、電池中國(guó)網(wǎng)主辦，動(dòng)力電池應(yīng)用分會(huì)、東陽(yáng)光、無(wú)錫先導(dǎo)智能裝備股份有限公司等承辦。本屆峰會(huì)主題為“服務(wù)·合作·共贏一一擁抱‘新全球化’大時(shí)代”，來(lái)自國(guó)內(nèi)外新能源汽車(chē)、動(dòng)力電池、儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈超1000位代表共話全球化背景下產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
江蘇英聯(lián)冠名的“重塑全球鋰電供應(yīng)鏈”專場(chǎng)論壇上，貝特瑞新材料集團(tuán)股份有限公司產(chǎn)品線總經(jīng)理龐春雷發(fā)表了題為“貝特瑞負(fù)極開(kāi)發(fā)進(jìn)展”的主題演講。
以下為演講內(nèi)容：
大家上午好，我是來(lái)自貝特瑞的龐春雷，我報(bào)告的題目是鋰離子電池負(fù)極材料開(kāi)發(fā)方向和供應(yīng)鏈策略，報(bào)告分為四個(gè)方面，首先介紹一下貝特瑞的情況，第二個(gè)分析一下負(fù)極材料的市場(chǎng)需求，另外介紹一下負(fù)極材料的開(kāi)發(fā)進(jìn)展情況，最后是全球化供應(yīng)鏈策略，這里主要是對(duì)IRA法案的一個(gè)分析。
貝特瑞控股股東是中國(guó)寶安集團(tuán)，貝特瑞從2000年成立以來(lái)一直致力于新能源材料的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的應(yīng)用，公司有三大業(yè)務(wù)板塊，分別為負(fù)極材料、正極材料、以石墨烯為代表的先進(jìn)新材料。
貝特瑞發(fā)展至今總資產(chǎn)達(dá)到309億元，員工人數(shù)在8000人以上，目前貝特瑞全資或者控股的公司有27家，參股的公司有20家，公司的產(chǎn)品在3C電池、儲(chǔ)能電池、動(dòng)力電池、散熱領(lǐng)域均有比較廣泛的應(yīng)用。
公司正負(fù)極材料近幾年有突飛猛進(jìn)的增長(zhǎng)，銷售量和市場(chǎng)份額有逐步的提升，左邊是2023年上半年中國(guó)負(fù)極材料市場(chǎng)的占比情況，貝特瑞市場(chǎng)份額占有率是26%，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，貝特瑞連續(xù)10多年在全球市場(chǎng)份額占有率是第一。
正極材料方面我們聚焦于三元材料的開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，上半年我們的三元材料的市場(chǎng)占有率14.79%，這些優(yōu)異的市場(chǎng)表現(xiàn)源于我們的技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及我們對(duì)創(chuàng)新不斷的追求。
市場(chǎng)分析部分，基于對(duì)行業(yè)信息的關(guān)注和搜集的情況，首先介紹一下產(chǎn)業(yè)鏈的背景和趨勢(shì)。在中歐美示范效應(yīng)下，碳中和已成為全球的共同目標(biāo)，全球各國(guó)也紛紛制定了燃油車(chē)的禁售時(shí)間表，有國(guó)家最早從2024年開(kāi)始禁售燃油車(chē)。
根據(jù)市場(chǎng)的需求，全球新能源汽車(chē)的需求量到2030年有可能會(huì)達(dá)到4700萬(wàn)輛以上，全球新能源汽車(chē)滲透率在2030年可能會(huì)超過(guò)20%，甚至?xí)_(dá)到80%的情況，在政策和市場(chǎng)的雙輪驅(qū)動(dòng)下，新能源汽車(chē)發(fā)展進(jìn)入快車(chē)道。
根據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，隨著全球鋰電池裝機(jī)量的持續(xù)增長(zhǎng)，預(yù)測(cè)到2030年將會(huì)達(dá)到6100GWh，占主要的是動(dòng)力電池，可能在3000GWh以上，相應(yīng)的負(fù)極材料需求量也會(huì)達(dá)到732萬(wàn)噸，其中動(dòng)力領(lǐng)域占比可能會(huì)超過(guò)60%。
目前負(fù)極材料行業(yè)的現(xiàn)狀是處于階段性產(chǎn)能過(guò)剩。2023年，由于終端市場(chǎng)需求預(yù)不及預(yù)期，負(fù)極材料行業(yè)面臨明顯產(chǎn)能過(guò)剩。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，負(fù)極材料的有效產(chǎn)能已經(jīng)達(dá)到了318萬(wàn)噸，而實(shí)際產(chǎn)能利用率只有53%，其中負(fù)極的關(guān)鍵工序石墨化的產(chǎn)能超過(guò)了340萬(wàn)噸，而實(shí)際的需求量大概只有170萬(wàn)噸，產(chǎn)能利用率預(yù)計(jì)是低于50%的。
在這種情況之下，2023年1-10月份，主要的負(fù)極材料包括人造石墨、天然石墨月度均價(jià)均有了大幅的降低。其中低端的人造石墨月度均價(jià)最高下降了33.2%，高端天然石墨價(jià)格也下降了24.6%。隨著鋰電池其他零部件的價(jià)格下降，整個(gè)鋰電池的綜合成本得到大幅的降低。但是由于整個(gè)的產(chǎn)業(yè)產(chǎn)能過(guò)剩的情況，產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)企業(yè)的利潤(rùn)率也是在持續(xù)的下滑。
技術(shù)趨勢(shì)方面，鋰離子電池能量密度提升和成本下降是兩個(gè)主要的方向。針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域可能有不同的性能要求的區(qū)別，比如動(dòng)力類要求快充、儲(chǔ)能類要求長(zhǎng)循環(huán)等等。鋰離子電池性能的提升，主要是以優(yōu)化電池體系為主，尤其是以正負(fù)極材料為主的主材。
預(yù)計(jì)到2030年，鋰電池負(fù)極材料仍然是以石墨和硅為主，后續(xù)也有望在固態(tài)電池領(lǐng)域規(guī)模化應(yīng)用。
為了滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域的需求，新型的電池技術(shù)開(kāi)發(fā)也是非常有必要的。其中，鈉離子以其成本低、環(huán)境友好、安全性高等優(yōu)點(diǎn)最近也是受到了非常大的關(guān)注，有望大規(guī)模應(yīng)用于儲(chǔ)能領(lǐng)域。鈉離子電池的負(fù)極材料目前是以硬炭材料為主流。我們認(rèn)為鈉離子電池應(yīng)該是與鋰離子電池共同發(fā)展相互補(bǔ)充的一個(gè)關(guān)系。
固態(tài)電池也是鋰離子電池一個(gè)比較有潛力的發(fā)展方向。固態(tài)電池的負(fù)極材料目前用的比較多的主要是石墨、金屬鋰，以及以硅為代表的相關(guān)材料體系。短期內(nèi)固態(tài)電池比較有應(yīng)用前景的負(fù)極可能是以石墨和硅負(fù)極。雖然固態(tài)電池面臨一些問(wèn)題和挑戰(zhàn)，比如界面阻抗大，加工性能差等，短時(shí)間內(nèi)尚不能應(yīng)用于市場(chǎng)，但是產(chǎn)業(yè)界對(duì)它的期待還是非常的高，抱有很大的期望。
第三部分介紹一下負(fù)極材料開(kāi)發(fā)進(jìn)展情況。鋰離子電池能量密度主要是以正負(fù)極材料決定的。不同的正極材料比容量差異性要小一些，而負(fù)極材料的選擇相對(duì)多一些。負(fù)極材料主要分為以下四個(gè)部分：嵌入型負(fù)極、合金類負(fù)極、轉(zhuǎn)化型負(fù)極和金屬鋰負(fù)極。
嵌入型負(fù)極是目前應(yīng)用的最多，它是鋰離子嵌入石墨層，對(duì)材料的結(jié)構(gòu)破壞比較小，因此有比較良好的穩(wěn)定性，循環(huán)性能比較好，但是它的容量是比較低的，不能滿足進(jìn)一步提升能量密度的需求。
硅負(fù)極它的容量是比較高的，但是它的膨脹比較大，所以不能大規(guī)模應(yīng)用，而只能是以添加劑的形式在石墨負(fù)極中少量的添加，限制了它的應(yīng)用。
轉(zhuǎn)化型負(fù)極主要是以一些金屬氧化物，由于它脫鋰的轉(zhuǎn)化能力比較高，可逆性也比較差，所以沒(méi)有進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用。
金屬鋰負(fù)極=其實(shí)在20世紀(jì)已經(jīng)有一些應(yīng)用，但是由于它的安全性比較低，所以受到了一定的限制，隨著固態(tài)電池的技術(shù)進(jìn)步，有望重新進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。
貝特瑞在負(fù)極方向主要是專注于石墨和硅負(fù)極。隨著我們對(duì)新技術(shù)和新工藝的追求，目前已經(jīng)形成了四大類的負(fù)極材料：人造石墨、天然石墨、硅碳負(fù)極和氧化硅負(fù)極。
石墨負(fù)極根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，分為高能量密度型、快充型、長(zhǎng)循環(huán)型以及極致性價(jià)比的石墨。
硅碳隨著我們的技術(shù)發(fā)展，容量逐步提升。從最初的一代的670毫安時(shí)每克到現(xiàn)在的1800到2000毫安時(shí)每克。氧化硅首效逐步的在提升，從最初的77%提升到目前的92%，硬炭材料我們也有推廣的產(chǎn)品。
隨著技術(shù)的進(jìn)步以及應(yīng)用需求的提升，我們?cè)谑较蛑饕劢褂诔L(zhǎng)循環(huán)的石墨，高倍率石墨和低成本石墨的開(kāi)發(fā)。在硅負(fù)極方面進(jìn)一步重點(diǎn)解決低膨脹、低成本以及長(zhǎng)循環(huán)的問(wèn)題。
同時(shí)也我們也推出一些硅基專用的石墨，更好的發(fā)揮硅和石墨的一個(gè)性能。
性能和成本是石墨負(fù)極比較重要的兩個(gè)研發(fā)方向。從2012年到2020年，鋰離子電池的平均成本已經(jīng)下降了82%。作為鋰電池主要負(fù)極材料的石墨也需要在保障性能的前提下持續(xù)降本，這個(gè)是市場(chǎng)的需求。
因而，我們?cè)诒ＷC性能的同時(shí)也進(jìn)行了一系列降本技術(shù)的開(kāi)發(fā)，比如天然石墨，我們開(kāi)發(fā)了一些新型的浮選技術(shù)，從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈角度，從前端的浮選、球形化、提純以及碳化等等都開(kāi)發(fā)了一系列先進(jìn)的技術(shù)，成本得到了大幅的降低;在人造石墨降本方面，我們首先是建立了低成本的原料篩選系統(tǒng)，另外開(kāi)發(fā)了新型的造粒技術(shù)、石墨化技術(shù)以及碳化的技術(shù)。
對(duì)硅材料的問(wèn)題大家可能相對(duì)比較熟悉一些，因?yàn)楣璨牧纤捏w積膨脹大，造成不可逆的損失，導(dǎo)電性也比較差，繼而引發(fā)一系列的問(wèn)題，比如結(jié)構(gòu)裂化、SEI膜不穩(wěn)定、電荷傳導(dǎo)力慢等等，因此限制了它的應(yīng)用，只能以10%以下的比例來(lái)應(yīng)用。
針對(duì)這些問(wèn)題也有一些改善的思路，包括抑制膨脹、改善循環(huán)、提高首效、優(yōu)化倍率。
抑制方向方面，我們?cè)O(shè)計(jì)一些新型的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行一些微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，以及硅的非晶化策略，來(lái)降低它的膨脹。
在循環(huán)方面進(jìn)行調(diào)控技術(shù)開(kāi)發(fā)，以及碳層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。另外表面修飾的技術(shù)開(kāi)發(fā)來(lái)來(lái)改善它的循環(huán)。
優(yōu)化倍率方向主要是通過(guò)提升載流子的傳輸效率來(lái)改善。
鈉離子電池主要的優(yōu)勢(shì)是成本低、低溫性能和安全性能較好。目前主流的負(fù)極材料是硬炭材料。硬炭材料具有存儲(chǔ)量豐富，儲(chǔ)鈉電位低，循環(huán)好等優(yōu)點(diǎn)。隨著技術(shù)性能的提升和開(kāi)發(fā)，包括結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，電解液的優(yōu)化，以及表面改性等等。目前鈉離子電池的性能也得到了很快的進(jìn)步，到目前為止貝特瑞已經(jīng)開(kāi)發(fā)了5款硬炭材料。鈉離子電池性能的持續(xù)提升以及低成本的兌現(xiàn)是后面發(fā)展的一個(gè)重點(diǎn)，包括硬炭材料成本也是需要持續(xù)降低。
金屬鋰負(fù)極它的優(yōu)點(diǎn)是容量比較高，但是它的反應(yīng)活性也比較高，會(huì)導(dǎo)致它有比較大的體積膨脹，繼而造成一系列的電池方面的應(yīng)用困難。近年來(lái)隨著研發(fā)人員技術(shù)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，包括電解液設(shè)計(jì)，負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了一些問(wèn)題，但還需要進(jìn)一步的持續(xù)的開(kāi)發(fā)，貝特瑞在這方面也做了大量的工作。
最后介紹一下供應(yīng)鏈策略，這個(gè)主要是對(duì)針對(duì)美國(guó)IRA法案的分析。這個(gè)方案出臺(tái)是美國(guó)歷史上最大的氣侯法案，2022年8月16日正式公布。今年4月17日，法案實(shí)施細(xì)則正式適用。它規(guī)定了50種關(guān)鍵礦物質(zhì)，明確列舉的有25種，25種里面就包含正負(fù)極材料所含有的一些礦物質(zhì)，比如正極的鈷、鋰、錳、鎳以及負(fù)極的石墨。負(fù)極材料的石墨是明確規(guī)定在IRA法案的關(guān)鍵礦物質(zhì)里面的。而且它在2025年將會(huì)適用于FEOC，行業(yè)內(nèi)的人員都在保持高度的關(guān)注。如果該法案一旦頒布，對(duì)整個(gè)全球供應(yīng)鏈都將會(huì)造成巨大的影響。
以天然石墨為例，要求提取或者加工商必須要回避FEOC，比如天然石墨里面的工序主要包括鱗片石墨的提取，球形化的加工，以及負(fù)極活性物質(zhì)的制作，這三個(gè)過(guò)程中就必須要考慮到FEOC，才能滿足IRA法案的要求。硅元素它并沒(méi)有被列為關(guān)鍵礦物質(zhì)，所以對(duì)硅的影響相對(duì)較小。
貝特瑞也是一直堅(jiān)持全球戰(zhàn)略，已經(jīng)在美國(guó)、日本、韓國(guó)以及歐洲設(shè)立了分公司，以更好的服務(wù)客戶。除了中國(guó)的生產(chǎn)基地，在IRA法案公布之前，我們就已經(jīng)公布了印尼基地的建設(shè)，預(yù)計(jì)將于2024年底可以進(jìn)行投產(chǎn)。貝特瑞在歐洲和非洲的基地目前也是在規(guī)劃中。通過(guò)這種戰(zhàn)略，我們希望能夠積極的應(yīng)對(duì)海外行業(yè)法規(guī)，滿足合作伙伴的要求，爭(zhēng)取在全球產(chǎn)業(yè)鏈中發(fā)揮更大的作用。
謝謝大家!
以上為演講速記，內(nèi)容未經(jīng)演講者審閱。
相關(guān)閱讀：
驗(yàn)證碼：
