一文看尽我国新能源新材料

作为战略性新兴产业的重要组成部分,新型能源材料产业的发展关系到国民经济、社会发展和国家安全。本文选取锂离子电池和燃料电池这两种典型新能源关键材料,总结了国内外新能源材料的发展情况,分析了我国相关材料产业发展存在的原始创新不足、关键战略材料产业链安全面

临威胁、高端产品自给率不高、高端应用自主保障能力不足以及“产学研用”合作平台欠缺等问题,展望了国内外新材料研发与产业的发展趋势。

新能源材料指支撑新能源发展的、具有能量储存和转换功能的功能材料或结构功能一体化材料。新能源材料对促进新能源的发展发挥了重要作用,新能源材料的发明催生了新能源系统的诞生,新能源材料的应用提高了新能源系统的效率,新能源材料的使用直接影响着新能源系统的投资与运行成本。锂离子电池是新能源汽车和电力调节最有竞争力的储能技术,燃料电池是氢能时代的核心发电单元,因此,本文将重点研究以锂离子电池和燃料电池关键材料为代表的新能源材料发展战略。纵观全球发展态势,美国、日本、欧盟等发达国家和地区,以及俄罗斯、巴西、印度和南非等新兴经济体陆续推行一系列支撑新能源材料产业发展的政策和措施,力争在未来国际竞争中抢占一席之地。具体来看,美国制定了“电动汽车国家创新计划(EVEverywhere)”“材料基因组计划”等重大战略,近期还发布了《“储能大挑战”路线图草案》;日本出台了《纳米与材料科学技术研发战略》《新增长战略》等规划;欧盟把关键新材料视为先进制造业的重要基础,发布了“欧盟2020战略”《电池2030+(BATTERY2030+)》等。中国也专门制定了《中国制造2025》《“十三五”材料领域科技创新专项规划》等,力争促进我国新能源材料产业发生结构性变化,全面重塑技术方式,形成开放竞合的发展生态。经过多年努力,我国新能源材料产业取得了显著发展,技术水平日益提高,产业规模不断扩大,为我国锂离子电池材料、燃料电池材料等高技术产业突破技术壁垒、实现快速发展提供了坚强的支撑。从整体来看,我国新能源材料领域与国外先进水平相比仍存在较大差距。今后,我国新能源材料产业的竞争力仍需加强,以企业为主体的自主创新体系亟待完善,部分核心关键材料受制于人、高端材料对外依存度较高的问题需解决。为此,抓紧机遇,合理规划,提升新能源材料产业的支撑能力势在必行,这对加快我国经济发展方式转变、增强国际竞争实力、实现材料绿色低碳化发展目标具有重要的战略意义。

目前,锂离子电池领域的核心技术多被欧盟、美国、日本、韩国等国家和地区掌握,其中,日本最早开始生产锂离子电池,技术实力最为雄厚。日本松下电器产业株式会社控制了特斯拉汽车公司的电池产业链;日本电气株式会社(NEC)和韩国LG化学公司生产的锂离子电池在日产Leaf电动车、通用Volt电动车各有良好的安全运行记录;村田制作所是中国强制性产品认证(3C)电池供应商,韩国乐金(LG)化学公司、三星SDI公司、SKInnovation电池公司是大众汽车、宝马汽车和奔驰汽车的主力供应商。我国一直重视锂离子电池材料的研究,在20世纪80年代就将其列为863计划的重点项目。近年来随着新能源汽车产业的发展,对锂离子电池材料的研发投入仍一直保持较高的强度。

与发达国家相比,我国锂离子电池中的部分新材料高端产品占比还比较低,技术含量不高,产品的附加值较低,高端材料和电池的高精度自动化装备仍需大量进口。近年来,在国家相关部门的支持和推动下,特别是受益于我国新能源汽车和智能手机领域的快速发展,宁德时代新能源科技有限公司和比亚迪股份有限公司已成为全球动力电池的主力供应商。在电极材料方面,上海杉杉科技有限公司和贝特瑞新材料集团股份有限公司的产能规模已位于全球前列,我国的电解液和隔膜产能已占全球总产能的50%以上。

在专利方面,美国、日本、韩国已在锂离子电池领域进行了比较全面的覆盖,突破专利封锁是我国锂离子电池发展必须要解决的难题。

在磷酸铁锂和中低镍三元正极材料技术及产品方面,我国相关企业发挥后发优势,相关产品已在国内市场得到广泛应用,部分产品已出口;在高镍多元材料方面,我国目前尚处于追赶阶段,相关企业通过解决关键问题和升级改造量产线设备,有望实现赶超。

负极材料行业市场集中度较高,我国负极材料的国际市场占有率已处于领先水平,2019年中国企业的出货量占全球总出货量的74%。代表性企业如贝特瑞新材料集团股份有限公司、上海杉杉科技有限公司、江西紫宸科技有限公司等在负极材料的研发和产业化方面已位于世界领先地位,可满足动力电池企业对负极材料的使用需求。

全球电解液市场主要由日本三菱化学株式会社、日本宇部兴产株式会社、韩国三星SDI公司占据,各公司都拥有独特的添加剂制备技术。我国企业在部分功能添加剂的设计和生产方面还存在一定的进口依赖现象。

从电解液产业角度看,广州天赐高新材料股份有限公司、深圳新宙邦科技股份有限公司、张家港国泰华荣化工新材料有限公司和天津金牛电源材料有限责任公司等电解液生产企业在研发和产业化方面已位于世界前列,可满足国内动力电池公司对电解液的需求,市场集中度不断提高,行业领导集群已逐渐形成,其中部分企业已进入国际主流电池企业供应链体系,实现了海外市场的突破。

目前,碳酸酯类溶剂和六氟磷酸锂已主要由国内进行生产,代表性企业如广州天赐高新材料股份有限公司、多氟多化工股份有限公司、天津金牛电源材料有限责任公司等实现了六氟磷酸锂电解质盐的规模化生产,大规模应用的电解液功能添加剂(如碳酸亚乙烯酯、氟代碳酸乙烯酯、1,3–丙烷磺酸内酯、1,3–丙烯磺酸内酯、硫酸乙烯酯等)也已经实现国产化。

目前,世界上最好的锂电池隔膜材料来自旭化成株式会社和东燃化学株式会社两家日本公司。我国在干法隔膜领域的市场占有率已超过美国、韩国和日本,湿法隔膜进入大幅扩张期。上海恩捷新材料科技有限公司、苏州捷力新能源材料有限公司、河北金力新能源科技股份有限公司、深圳星源材质科技股份有限公司等企业已形成独具特色的产业化发展模式,基本可满足国内动力电池公司对电池隔膜的需求,但生产隔膜的原料和核心装备目前仍依赖进口。

在燃料电池方面,我国金属双极板技术的原始创新不足,主要体现在与膜电极相关的基础材料研究与国际先进水平存在较大差距,尤其是质子交换膜。全球生产全氟磺酸膜的企业主要集中在美国、加拿大、日本、比利时等,其中美国戈尔公司在全球质子交换膜供应领域中处于领先地位。我国山东东岳化工有限公司在质子交换膜研发和产业化方面进展较快,形成了完善的氟硅材料产业链。浙江汉丞科技有限公司已经掌握超高分子量聚四氟乙烯树脂、含氟质子交换树脂、双向拉伸薄膜及涂膜等质子交换膜全产业链的关键技术,拥有自主知识产权,并已开始质子交换树脂和膜的大规模生产。国内外的膜电极技术水平均有大幅提升,国内赶超国外水平的趋势明显。

在催化剂方。

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