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这是一个枯燥的研究内容,一万多字,是公共信息的逻辑结论。旨在从上到下检查动力电池的负极系统。其中,“下”,我们选择的标的是2017年末在a股注册的全球锂电池人工负极材料龙头—— (603659,股吧)(SH :603659):2017年末IPO发行价16.53元,最新股价117.6元,市值突破800亿,股价4年6个月翻了7.25倍

k线走势漂亮,也是目前比较热门的赛道,很多投资者都以此为荣。但很少有人在潜心追问,如火如荼的电动汽车负极材料的江湖水到底有多深?如果走进去,你会发现“时势造势,人为局”这句话是真的:主导中国电动汽车负极的那个是猛的那个,他是17年前执掌数百亿公募基金的老牌明星基金经理出身。

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负面江湖主流派

[1]概述

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锂离子电池由正极、负极、电解液和隔膜组成。负极材料是电池充电过程中锂离子和电子的载体,起到储能和释放的作用。

负极材料约占电池成本的5%-15%。

公开资料显示,到2020年底,新能源汽车的成本为动力电池42%,电机10%,电控11%,电驱动部分7%,整车其他部分30%。动力电池占42%,其中正极17%,负极6%(占动力电池的14%),电解液6%,隔膜13%。

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图:三元锂电池材料成本比。来源:北极星电网

目前,天然/人造石墨是世界上锂电池的主要正极材料,MCMB、钛酸锂、硅基负极、HC/SC、金属锂等新型正极材料正在快速增长。

负极材料作为锂离子嵌入的载体,符合工业级甚至整车规格级别的要求,需要满足以下一长串条件:

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锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低,使电池的输入电压高;

基体中大量的锂可以可逆地嵌入和脱出,获得高容量;

在插入/取出过程中,负极的主体结构变化尽可能小;

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氧化还原电位随锂离子的插入和取出而发生的变化应尽可能小,使电池的电压不会发生明显变化,能稳定地充放电;

插层化合物应具有良好的电子导电性和离子导电性,在大电流下可降低极化和充放电;

主材表面结构好,能形成良好的SEI用液体电解质;

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插层化合物在整个电压范围内具有良好的化学稳定性,形成SEI后不与电解液发生反应;

锂离子在主体材料中扩散系数大,便于快速充放电;

材料应经济、环保。

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[2]分类

(1)石墨阴极?

石墨,英文名石墨,是一种耐高温、抗氧化、耐腐蚀、抗热震、强度高、韧性好、自润滑强度高、导热性和导电性强的非金属矿物。

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石墨是目前广泛使用的阳极材料,但也有很多缺点。比如石墨的低电位与电解液形成界面膜,容易引起析锂;离子迁移速度慢,所以充放电比低;层状结构的石墨在锂离子嵌入和脱嵌过程中会发生10%左右的变形,影响电池的循环寿命。

图片:石墨粉末作为阴极材料。来源:网络

非石墨阴极

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非石墨负极主要是软碳和硬碳。硬碳又称难石墨化碳,是高聚物的热解碳,在3000的高温下难以石墨化。硬碳包括树脂碳、有机聚合物热解碳(聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈等)

硬碳的容量大于常规碳材料的理论容量,具有优异的倍率、循环性能和安全性能,但第一效低,约85%,电压平台为3.7V,低于石墨,成本高。改进的主要思路是提高第一效果(降低比表面积,形成更规则的硬碳;控制SEI形成的表面涂层);提高材料产量(化学工业生产中输入单位原料量得到的实际产品产量与理论产品产量之比),降低成本。

图:负极材料的硬碳。来源:网络

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钛酸锂正极材料

与石墨负极相比,钛酸锂具有更高的嵌锂电位,可以有效避免金属锂的析出和锂枝晶的形成。钛酸锂比石墨具有高得多的热力学稳定性,不易引起电池热失控,因此具有更高的安全性。

同时,钛酸锂的晶体结构在锂离子嵌入和脱嵌过程中能够保持较高的稳定性,具有优异的循环稳定性。此外,钛酸锂具有优异的低温性能、快速充电能力和高性价比,因此在大规模储能等领域具有良好的应用前景。

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