鉅大LARGE | 點擊量：8090次 | 2018年05月12日
詳解鋰電池產業(yè)鏈的關鍵核心材料
從鋰電池產業(yè)鏈來看，主要包括鋰原材料、正極材料、負極材料、電解液、隔膜以及生產設備等。其中，正極材料在鋰電池中質量比較大（正、負極材料的質量比例為3:1～4:1），且在鋰電池生產成本構成中占比較高，一般為25%～30%。
圖1：鋰電池成本比例構成
因此，正極材料是鋰離子電池中最為關鍵的原材料，直接決定了電池的安全性能和電池能否大型化。
鋰離子電池用正極材料主要為含鋰的一些化合物，如鈷酸鋰（LiCoO2）、錳酸鋰（LiMn2O4）、多元金屬復合氧化物（即三元材料NCM、NCM等）和磷酸亞鐵鋰（LiFePO4）等。
鈷酸鋰
鈷酸鋰自從鋰離子電池商業(yè)化以來，一直作為正極材料的主流被應用，其主要技術發(fā)展發(fā)生在2000年前后的高密度化合成工藝，通過提高燒結溫度和增加燒結次數(shù)，合成出十幾微米以上的單晶一次晶粒，將鈷酸鋰電極的壓實密度提高到4.0g/m3以上。由于鈷酸鋰在在更高電壓下存在結構不穩(wěn)性，因此其工作電壓較低，進而導致鈷酸鋰主要運用在小電池，如手機、電腦電池等。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
錳酸鋰
錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的集中研發(fā)是在20世紀90年代初日本索尼公司推出商品化的鋰離子電池后，但其在高溫下與電解液相容性差，致使結構不穩(wěn)定，導致容量衰減過快，因此高溫循環(huán)差的缺點一直限制著該材料在實際鋰離子電池中的使用。90年代中后期，眾多學者發(fā)現(xiàn)采用元素摻雜可有效地改善錳酸鋰的高溫循環(huán)，尤其鋁（Al）的摻雜對錳酸鋰高溫電化學性能的改善最為有效，由此也推動了錳酸鋰產業(yè)化的進程。目前已有少量企業(yè)國內可以制備出可供鋰離子動力電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲存性能的摻雜型錳酸鋰材料，并應用到動力型鋰電池上。
磷酸鐵鋰
磷酸鐵鋰在20世紀90年代，由于被認為是電子絕緣體以及脫嵌鋰過程中的兩相反應導致鋰離子擴散速度等原因而沒有受到重視，但從21世紀初，部分學者利用碳包覆技術改善了它的電化學性能后，該材料成為鋰離子電池正極材料研發(fā)的熱點和重點。磷酸鐵鋰具有結構穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性高、常溫循環(huán)性能優(yōu)異等特點，并且存在鐵（Fe）和磷（P）的資源豐富、對環(huán)境友好等優(yōu)勢，是最近幾年國內普遍選擇磷酸鐵鋰作為鋰離子動力電池的發(fā)展方向。
三元材料
受錳酸鋰等單質材料摻雜技術的啟發(fā)，多元金屬復合氧化物（即三元材料NCM、NCM等）的研發(fā)、應用及生產推廣開始很快興起，由于三元材料綜合了鈷酸鋰、鎳酸鋰和錳酸鋰三類材料的優(yōu)點,形成了LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2三相的共熔體系,故存在明顯的三元協(xié)同效應，使其綜合性能優(yōu)于單組合化合物，因此，近兩年來成為國內鋰電池正極材料的研究重點，并隨著生產技術工藝的進步，開始大量推向市場，并在動力型鋰電池市場占據了重要的位臵，也在消費型鋰電池市場開始慢慢取代鈷酸鋰。
從近兩年國內鋰電池正極材料市場發(fā)展路線來看，雖然鈷酸鋰的合成技術已經比較成熟，但由于鈷資源比較貧乏，價格昂貴，并且鈷酸鋰在充電狀態(tài)下的熱穩(wěn)定性差，因此目前只能適用于消費類的小型鋰離子電池。而后續(xù)隨著動力型鋰電池的興起，開發(fā)者不斷研發(fā)出了磷酸鐵鋰、錳酸鋰以及三元材料等新型正極材料。隨著其他類正極材料性能的完善，且由于鈷酸鋰自身價格較貴、有毒等缺點，目前正逐步被其他類型正極材料所取代。
近兩年來，受下游新能源汽車產量的快速增長，以及3C電子產品出貨量的穩(wěn)定增長，我國正極材料的產量及產值呈現(xiàn)出了快速增長勢頭。2016年，我國鋰電池正極材料產量為16.16萬噸，同比增長43.14%；2010年至2016年，我國鋰電
池正極材料產量從2.5萬噸增長到16.16萬噸，年復合增長率高達36.48%。而行業(yè)產值則從2010年的57億元增長到2016年的208億元，年復合增長率高達24.08%。
圖2：我國鋰離子電池正極材料產量及增速
圖3：我國鋰離子電池正極材料產值及增速
