天津市鋰離子電池材料發(fā)展趨勢及對策研究

張翛然，李林潔，于 璇

(1.天津紹聞迪康科技咨詢有限公司 天津 300042；2.國家新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略咨詢委員會 天津 300042)

0 引言

為實現(xiàn)“雙碳”目標，未來十年新能源在我國能源消費中的比重將大幅提升，而鋰離子電池不僅在新能源汽車中占據(jù)絕對優(yōu)勢，更是彌補可再生能源的波動性和間歇性的重要儲能手段，必將迎來又一次發(fā)展。天津市在鋰離子電池材料領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)良好，但受資源和定位影響，整體競爭力不足。結(jié)合未來新能源領(lǐng)域發(fā)展趨勢，同步發(fā)展高性能、高附加值與高穩(wěn)定、低成本兩種路徑的電池材料技術(shù)，盡快提升關(guān)鍵電池材料供應能力，加快產(chǎn)品標準化等配套網(wǎng)絡建設，實現(xiàn)天津市鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)差異化發(fā)展。

1 天津市鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

天津市的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)較為完整，多種電池材料的制造環(huán)節(jié)具有顯著優(yōu)勢，具備巴莫科技、斯特蘭能源等正極材料企業(yè)，貝特瑞、錦美碳材等負極材料企業(yè)，金牛等電解液企業(yè)，東皋膜等電池隔膜材料企業(yè)，以及其他輔助材料企業(yè)，滿足下游天津力神、捷威動力、榮盛盟固利等3C 及動力電池生產(chǎn)企業(yè)原材料需求。然而，目前天津市鋰離子電池材料及下游電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展仍存在共性和個性問題，制約產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。一方面，受資源和市場環(huán)境影響，天津市電池材料企業(yè)盈利情況并不樂觀，新產(chǎn)品、新產(chǎn)能的巨大前期投入限制了企業(yè)轉(zhuǎn)型升級；另一方面，目前天津市在鋰離子電池儲能領(lǐng)域也存在成本高、規(guī)模小等通病，市場驅(qū)動力不足、產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。此外，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)還存在產(chǎn)品標準缺失、行業(yè)規(guī)范不足等問題，阻礙了行業(yè)的良性發(fā)展。

2 天津市鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展條件

2.1 天津市鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢

天津市鋰離子電池產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年發(fā)展，已形成產(chǎn)業(yè)鏈齊備的電池及原材料產(chǎn)業(yè)集群，各產(chǎn)業(yè)環(huán)節(jié)有效銜接，產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同配套環(huán)境良好。依托產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和國家級生產(chǎn)示范基地，匯集了中國電子科技集團公司第十八研究所、中海油天津化工研究設計院、天津市鋰離子電池技術(shù)創(chuàng)新中心等電池技術(shù)研發(fā)機構(gòu)為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支撐。依托現(xiàn)有動力電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，以目前鋰離子電池儲能領(lǐng)域普遍認可的LFP 電池及其正極材料為切入點，打造綠色儲能產(chǎn)業(yè)，發(fā)展電化學儲能事業(yè)大有可為。

2.2 天津市鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展劣勢

天津市電價高、地價貴，環(huán)保任務艱巨，污染治理成本也十分高昂，與廣東、福建等省鋰離子電池聚集區(qū)相比，天津地區(qū)企業(yè)并無成本優(yōu)勢。新產(chǎn)品的開發(fā)方面，同樣受制于天津地區(qū)的環(huán)境資源等因素，前期投入更高，同時天津金融環(huán)境也不如東南沿海地區(qū)寬松，制約了天津市鋰離子電池材料企業(yè)轉(zhuǎn)型升級。此外，目前天津市雖然具備一批實力雄厚的鋰離子電池正負極材料生產(chǎn)供應商，但在電解液和隔膜材料領(lǐng)域相關(guān)企業(yè)較少，產(chǎn)能的不均衡使得產(chǎn)業(yè)下游呈現(xiàn)水桶效應，極大削弱了產(chǎn)業(yè)鏈整體優(yōu)勢。

2.3 天津市鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策助力

為促進鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2021 年市政府印發(fā)《天津市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和二〇三五年遠景目標綱要》《天津市制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展“十四五”規(guī)劃》《天津市科技創(chuàng)新“十四五”規(guī)劃》，強調(diào)新能源領(lǐng)域應擴大鋰離子電池產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，為發(fā)展鋰離子電池相關(guān)技術(shù)指明方向[1-3]。此外，天津市工信局也發(fā)布了《天津市產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展三年行動方案(2021—2023 年)》《天津市制造強市建設三年行動計劃(2021—2023 年)》提出電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)突破的相關(guān)目標[4-5]。

3 天津市鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

結(jié)合新能源應用發(fā)展趨勢及市場需求，天津市應在現(xiàn)有電池材料及模組產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上加強電極、電解質(zhì)、隔膜等關(guān)鍵材料的生產(chǎn)供應，強化本地優(yōu)勢，補足產(chǎn)業(yè)鏈薄弱環(huán)節(jié)，同時確定符合時代發(fā)展的研發(fā)方向。天津作為京津冀要地，環(huán)保要求更高，因此適宜發(fā)展低污染、高附加值的電池材料；在現(xiàn)有基礎(chǔ)上開發(fā)新型固態(tài)電池材料及制造工藝，也是今后電池材料和集成企業(yè)的重點發(fā)展方向。

3.1 補齊缺失環(huán)節(jié)，發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈整體優(yōu)勢

發(fā)揮天津多種電池材料產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，依托力神國家動力鋰離子電池工程技術(shù)研究中心等載體，加快推進儲能電池新材料和電池裝配新工藝等關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，打造高性能、低成本的儲能電池產(chǎn)品。

3.1.1 正極材料

正極材料是決定鋰離子電池性能的關(guān)鍵材料之一。政府引導骨干企業(yè)“重點突出、精準發(fā)展”，天津國安盟固利新材料科技股份有限公司、天津優(yōu)量鋰能科技有限公司等作為天津市電池正極材料發(fā)展的重點扶持企業(yè)，以新型三元材料等正極材料為重點，提升高鎳材料的產(chǎn)量比例，推進含量為50.8%的NCM811正極材料的技術(shù)成熟化，占穩(wěn)、占好新型利基市場。

3.1.2 負極材料

提高石墨負極材料純度，降低人造石墨成本，應對硅負極材料體積膨脹問題。加強硅材料納米化及硅碳復合材料的制備工藝，提升批量生產(chǎn)穩(wěn)定性。研發(fā)干電極技術(shù)，提升硅基負極材料壽命。依托貝特瑞開發(fā)第四代硅碳負極材料產(chǎn)品，縮小國內(nèi)外差距。

3.1.3 電池隔膜

與日本相比，我國的高端隔膜產(chǎn)品一致性不高，存在孔隙率不達標，厚度、孔隙分布及孔徑分布不均等問題，需要加大力度解決隔膜本身原材料問題和涂覆隔膜的涂覆技術(shù)問題，著力提升基礎(chǔ)材料表面處理工藝、膠粘劑配方工藝、產(chǎn)品沖壓拉伸等材料、設備和工藝控制等關(guān)鍵軟實力，同時加強在濕法隔膜領(lǐng)域的技術(shù)儲備、成果轉(zhuǎn)化，及自主研發(fā)核心生產(chǎn)設備的能力。

3.2 重點發(fā)展全固態(tài)鋰離子電池，實現(xiàn)彎道超車

全固態(tài)鋰離子電池在安全性能和能量密度方面具有很大優(yōu)勢，是下一代動力電池發(fā)展的主要方向。從目前全球進展來看，全固態(tài)鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化條件仍不成熟，需要克服離子電導率低、界面相容性差等諸多問題。未來需依托天津大學、南開大學、中國電子科技集團公司第十八研究所等高校和研究機構(gòu)開展聚合物、氧化物和硫化物固態(tài)電解質(zhì)的研究，并促進科技成果轉(zhuǎn)化。同時還需從開發(fā)新型復合固態(tài)電解質(zhì)，深入研究相界面上鋰離子傳輸機理，改善界面相容性，探索抑制鋰枝晶生長的方法等多方面入手，快速突破全固態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化瓶頸，搶占下一代鋰電池技術(shù)制高點。

3.3 健全動力電池回收及梯次利用網(wǎng)絡

隨著國內(nèi)首批新能源汽車動力電池即將退役，退役電池的梯次利用及回收拆解需求快速上升。然而，目前各廠商在材料選擇、結(jié)構(gòu)設計等方面各不相同，模組連接與包裝也均需根據(jù)車型定制，制約了相關(guān)行業(yè)發(fā)展。未來，天津市一方面可以發(fā)揮本地供應鏈優(yōu)勢，聯(lián)合原材料、電池制造商及車企，規(guī)范動力電池設計，加快推動電池標準化；另一方面鼓勵企業(yè)研發(fā)，不斷提升電池能量密度、縮小電池體積，為電池組標準化設計提供更大空間。此外，目前退役電池缺乏使用情況及殘余性能數(shù)據(jù)記錄，增加了回收成本。下一步天津市需要加強動力電池編碼管理體系及溯源、維護等相關(guān)信息共享機制建設，依托天津市產(chǎn)業(yè)示范基地和園區(qū)優(yōu)勢，建立基站備電、儲能、充換電等梯次利用試點，促進形成天津市鋰電池回收及利用網(wǎng)絡。

3.4 加強政策驅(qū)動和引導，促進技術(shù)成果轉(zhuǎn)化

政府強化科技管理部門、產(chǎn)業(yè)管理部門科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的工作職能，加強相關(guān)部門之間的協(xié)同配合，重點發(fā)展電池產(chǎn)業(yè)，打破材料環(huán)節(jié)的限制，實現(xiàn)技術(shù)革新的價值。成立技術(shù)成果轉(zhuǎn)化工作組，通過加強基層科技管理隊伍建設，跟蹤高校等科研機構(gòu)在鋰離子電池材料及合成技術(shù)方面的最新研究進展，充分了解鋰電產(chǎn)業(yè)中各環(huán)節(jié)企業(yè)生產(chǎn)情況及技術(shù)需求，建立成果轉(zhuǎn)化要求的考核評價機制。宣傳科技成果轉(zhuǎn)化政策，完善承接科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的平臺與機制，搭建產(chǎn)學研信息服務與對接平臺。

4 結(jié)論

整體來看，天津市的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)深厚，擁有領(lǐng)先的電池生產(chǎn)企業(yè)和比較齊備的原材料產(chǎn)業(yè)集群，以及具有針對性的政策規(guī)劃，為鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了得天獨厚的優(yōu)勢。為確保鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的持續(xù)興盛，建議天津市強優(yōu)勢、補劣勢，依托高校、科研院所和重點企業(yè)，不斷提升三元正極材料、硅基負極材料等現(xiàn)有產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，加快提升核心設備的自主生產(chǎn)能力，加快標準體系制定修訂工作，促進產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的高端化、規(guī)范化，提升產(chǎn)品的整體質(zhì)量、綜合競爭力。與此同時，重點推進全固態(tài)鋰離子電池等新型電池技術(shù)的研發(fā)，爭取率先突破當前動力電池發(fā)展瓶頸，將天津打造成為全球領(lǐng)先的鋰離子電池研發(fā)、生產(chǎn)制造基地。