锂电池行业专题报告:预锂化,物尽其用的愿望

对锂离子电池而言,正负极高比容量、高电势差同时也需要有足量活性锂作为载流子“穿梭”于正负极之间才可以对外体现出高能量密度及循环寿命。由电极引入的活性锂,因为负极表面形成固体电解质膜(SEI)等原因,不会全部发挥活性作用。

从理论能量密度计算到现实能量密度表现:锂损失与容量退降

对锂离子电池而言,正负极高比容量、高电势差同时也需要有足量活性锂作为载流子“穿梭”于正负极之间才可以对外体现出高能量密度及循环寿命。由电极引入的活性锂,因为负极表面形成固体电解质膜(SEI)等原因,不会全部发挥活性作用。

预锂化,泾渭分明的路线选择

预锂化,即在电池材料体系(以正极/负极侧为主)中引入高锂含量物质,并使得该物质有效释放锂离子和电子,以弥补活性锂损失,提升电池的实际能量密度和循环寿命。不同的预锂化技术有明显的“长板”和“短板”。在更强调安全性和工艺兼容性,对补锂容量需求不高的场合,通常正极补锂更合适。在需要大容量补锂时,通常负极补锂更合适。

预锂化专利布局:中国为主,补锂各个环节均有涉及

预锂处于有效、实质审查和公开状态的专利数共有 1000 余个,以中英文关键词检索,主要申请量在中国。其主要申请人主要是电池企业。此外多家科研院所和部分材料企业也有布局。

相对而言,基于各类富锂金属酸盐(及其各类改性优化手段)的正极补锂剂及应用方法成熟度较高;基于锂金属的负极补锂剂和以锂金属/偏中性锂化合物和氧化亚硅高温反应用于负极侧补锂在进行竞争。我们中性预期,对有很高能量密度/很长寿命需求的电池而言,预锂化技术有能力强化其竞争力。

补锂剂规模估计:2025 年市场空间或百亿元级别

预锂化技术对有高能量密度(尤其以搭载高镍三元正极-硅碳负极为特征)需求的动力锂电池、高循环寿命(以搭载磷酸铁锂正极为特征)需求的储能锂电池具备相当吸引力。我们估计:到 2025年当年,搭载高镍三元-硅碳负极的动力电池对应的硅碳负极规模约 10 万吨。假设该部分负极材料需要掺杂预锂化硅基材料 10%,则对应预锂化硅基材料需求约 1 万吨,市场空间或在数十亿元级别;磷酸铁锂储能电池对应磷酸铁锂正极规模约 60 万吨,假设该部分正极材料需要应用正极复合锂氧化物补锂剂掺杂 5%,则对应补锂剂需求约 3 万吨,市场空间或达百亿元级别。德方纳米、研一新材料等企业率先开始了补锂剂的规模化。

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