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(lái)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(lái)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(chǎng)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(chǎng)迅速擴(kuò)張，近年來(lái)中國(guó)鋰電池正極材料行業(yè)不斷發(fā)展壯大。國(guó)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(zhǎng)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(wàn)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(lái)測(cè)算，全球正極材料需求在2020年將達(dá)到57.6萬(wàn)噸，對(duì)應(yīng)2016年產(chǎn)量，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到17.71%。因此目前來(lái)看，整個(gè)正極材料行業(yè)未來(lái)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(méi)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(zhǎng)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(lái)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(guò)程，不會(huì)有過(guò)大的電壓波動(dòng)，不會(huì)給系統(tǒng)內(nèi)的其他電氣帶來(lái)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(wú)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(guò)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(guò)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(lái)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(guò)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(guò)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(guó)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(jìng)爭(zhēng)力。三元材料發(fā)展迅猛逐步成為主流。