磷酸鐵鋰電池正極材料行業(yè)發(fā)展,鋰電池正極材料性能

來源：存能電氣  日期：2019-04-23 11:27  瀏覽量：次

　　磷酸鐵鋰電池正極材料行業(yè)發(fā)展，鋰電池正極材料性能。正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40%以上的比例，正極材料是決定鋰電池性能的關(guān)鍵材料之一，也是目前商業(yè)化鋰離子電池中主要的鋰離子來源，其性能和價(jià)袼對(duì)鋰離子電池的影響較大。

　　磷酸鐵鋰電池正極材料行業(yè)發(fā)展

　　鋰電池的主要構(gòu)成材料包括電解液、隔離材料、正負(fù)極材料等。正極材料占有較大比例,因?yàn)檎龢O材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。目前已經(jīng)市場化的鋰電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產(chǎn)品。

　　由于鋰電池正極材料生產(chǎn)所需的鋰、鈷、錳、鎳等金屬資源豐富，消費(fèi)類電子產(chǎn)品、新能源汽車等鋰電池其下游應(yīng)用市場迅速擴(kuò)張，近年來中國鋰電池正極材料行業(yè)不斷發(fā)展壯大。國內(nèi)鋰電正極材料行業(yè)集中度較高，已經(jīng)形成了以京津地區(qū)、長江中下游地區(qū)和華南地區(qū)三大鋰電正極材料產(chǎn)業(yè)基地。

　　隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，我們假設(shè)2020年全球新能源汽車產(chǎn)銷量為300萬輛，平均單車電池容量40KWH，那么到2020年全球車用動(dòng)力電池需求預(yù)計(jì)為120GWH。那么全球鋰離子電池到2020年需求量約為240GWH，按照每KWH鋰電池需2.4kg正極材料來測(cè)算，全球正極材料需求在2020年將達(dá)到57.6萬噸，對(duì)應(yīng)2016年產(chǎn)量，年復(fù)合增長率達(dá)到17.71%。因此目前來看，整個(gè)正極材料行業(yè)未來幾年內(nèi)的行業(yè)需求增速小于行業(yè)擴(kuò)產(chǎn)速度。

　　磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料在基礎(chǔ)研究方面已沒有太大技術(shù)突破空間，其能量密度和主要技術(shù)指標(biāo)已接近應(yīng)用極限。從技術(shù)進(jìn)步的角度看，三元鋰電池材料由于具有高能量密度、較長循環(huán)壽命、較高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為動(dòng)力鋰電正極材料的主流。

　　鋰電池正極材料的基本要求

　　第一，材料自身電位高，這樣才能與負(fù)極材料之間形成較大的電位差，帶來能量密度高的電芯設(shè)計(jì)；同時(shí)帶電離子嵌入脫出對(duì)電極電位影響小，則充放電過程，不會(huì)有過大的電壓波動(dòng)，不會(huì)給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來不利影響。

　　第二，材料含鋰量高且鋰離子嵌入脫嵌可逆。這是高容量的前提。有些正極材料，理論容量很高，但是有一半的鋰離子，第一次嵌入以后就失去了活性。這樣的材料，是無法投入商用的。

　　第三，鋰離子擴(kuò)散系數(shù)大，鋰離子在材料內(nèi)部的移動(dòng)更迅速，嵌入和脫嵌的能力強(qiáng)。是影響電芯內(nèi)阻的因素，也是影響功率特性的因素。

　　第四，材料比表面積大，有大量的嵌鋰位置。表面積大，鋰電池的嵌入通道相對(duì)較短，則嵌入和脫嵌更容易。通道淺的同時(shí)，嵌鋰位置還要充足。

　　第五，與鋰電池電解液的相容性和熱穩(wěn)定性好，這點(diǎn)是出于安全性考慮。正極材料與電解液不容易發(fā)生反應(yīng)，以及在較高溫度下依然結(jié)構(gòu)穩(wěn)定并且仍然不易與電解液反應(yīng)。這樣的材質(zhì)，不會(huì)為電芯額外的熱積累提供熱量，可以減少電芯進(jìn)入自生熱階段的概率。

　　第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成電極，且電極結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是材料得到推廣應(yīng)用的有利條件。

　　正極材料對(duì)鋰電池性能有什么影響？

　　電芯能量密度

　　每種正極材料都有其理論能量密度，選擇了一種正極材料，就選擇了電芯能量密度的上限。正極材料的用量設(shè)計(jì)和加工制作過程中的振實(shí)密度也對(duì)電芯成品的能量密度產(chǎn)生影響。

　　電芯功率密度

　　不同的正極材料種類，決定了鋰電池充放電功率的大體范圍。材料的一些細(xì)節(jié)，作為輔助因素，也會(huì)對(duì)功率特性造成影響。比如，正極材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，顆粒尺寸，摻雜原子，碳包覆工藝，材料的制備方法等。以上因素最終都是通過影響正極材料容納鋰離子的能力和脫嵌嵌入通道的通暢性來影響鋰電池的功率密度。

　　電芯循環(huán)壽命

　　影響電芯循環(huán)壽命的因素很多，與正極材料相關(guān)的，主要有正極材料活性物質(zhì)在循環(huán)使用中的損耗，以及充放電過程中，材料結(jié)構(gòu)的崩壞引發(fā)的正極容納鋰離子能力的衰減。而正極材料中的雜質(zhì)成分，比如單質(zhì)鐵和三價(jià)鐵，都會(huì)與電解液相互作用，產(chǎn)生不良副反應(yīng)，或者造成內(nèi)部微短路。

　　鋰電池材料總體存在中低端產(chǎn)能過剩與高端產(chǎn)品供不應(yīng)求的現(xiàn)狀。其中，正極材料、負(fù)極材料和電解液都已逐步自給，由于負(fù)極材料和電解液的技術(shù)壁壘相對(duì)較低，中國企業(yè)的成本優(yōu)勢(shì)明顯在全球范圍內(nèi)擁有較強(qiáng)的競爭力。三元材料發(fā)展迅猛逐步成為主流。