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我国锂电池正极材料发展现状解析

发布时间: 2014-12-05 09:20:39    来源: 中国产业洞察网
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[摘要]正极材料是锂电池中最为关键的原材料,由于正极材料在锂离子电池中占有较大比例,因此它决定了电池的安全性能和电池能否大型化,同时由于锂离子电池正极材料在电池成本中所占比例可高达40%左右,所以其成本也直接决定电池成本的高低。

  3、锰酸锂

  与钴酸锂和镍酸锂相比,锰酸锂具有安全性好、耐过充性好、原料锰的资源丰富、价格低廉及无毒性等优点,是很有发展前途的一种正极材料。层状锰酸锂用作锂离子电池正极材料的缺点是虽然容量很高,但在高温下不稳定,而且在充放电过程中易向尖晶石结构转变,导致容量衰减过快。锰酸锂在中国市场的使用还主要定位在小型电池领域,无法应用于高端领域,更不能完全取代钴酸锂材料在小型锂电的地位。经过多年的研究,锰酸锂材料的性能得到了较大的改善,2007-2008年,国内已有多数企业已经开始稳定批量地使用锰酸锂,锰酸锂主要与钴酸锂掺混使用于低端的钢壳电池上,或者单独用于动力电池。目前国内锰酸锂企业包括大型的正极材料生产企业都在积极的开发高温循环改善的锰酸锂材料。

  4、磷酸铁锂

  随着动力电池的发展,国内厂家大多倾向于采用磷酸铁锂材料。它是一类新型的锂离子电池用正极材料。该类材料具有高的能量密度、低廉的价格、优异的安全性等特点,特别适用于动力电池。它的出现是锂离子电池材料的一项重大突破,现已成为各国竞相研究的热点。目前磷酸铁锂被认为是最有发展前途的动力电池正极材料。目前国内实现磷酸铁锂批量生产的企业有60多家,年产能3800吨。由于磷酸铁锂生产技术门槛很高,大多数生产厂商在批量生产时产品的稳定性难以保证。它的缺点是电阻率较大,电极材料利用率低。因此研究工作主要集中在解决其导电率问题上。此外磷酸铁锂的专利问题也是其产业过程中的一个需要解决的问题。

表格1: 常见锂电池正极材料的性能比较

数据来源:中国化学与物理电源行业协会、立本研究,2014

  钴酸锂由于加工性能好,密度高,比容量相对较高,材料的结构稳定,循环性能好,材料的电压平台较高且比较稳定,是最成熟,也是唯一商业化的正极材料,在短时间内,特别是在通讯电池领域还有不可取代的优势。但价格昂贵、资源紧缺、安全性差等缺陷使得其必然在5到10年内遭受被取代命运。但如果钴酸锂材料在容量和安全性上有所突破的话,其商业寿命可能会得到延续。最近3-5年内,钴酸锂的主导地位将会被逐渐弱化,可能出现钴酸锂和镍钴锰三元材料共存的现象,5年后,可能是镍钴锰三元材料独霸的时代。因为早在2007-2008年,国内已有许多企业在铝壳电池中批量掺混使用三元材料,掺混比例达到20-30%左右。随着笔记本电脑对柱型电池需求的持续增长,国内部分企业已经开始批量使用三元材料来生产2.0-2.2AH的第2代18650柱型电池。在动力电池市场方面,华东地区已有不少企业开始使用三元材料应用于电动工具用的18650柱型电池上。

  在动力电池领域,由于钴酸锂的安全问题和高昂的价格,使其一直在动力电池门外徘徊,始终没有完全进入动力电池领域。磷酸铁锂和一般锂电池虽然同属绿色环保电池,但是磷酸铁锂电池没有过热或爆炸等安全性顾虑,再加上其循环寿命是一般锂电池的4-5倍,高于一般锂电池8-10倍高放电功率(可瞬间产生大电流),加上同样能量密度下重量约较一般锂电池减轻30-50%,因此为汽车制造商所高度重视,发展前景广阔。但由于磷酸铁锂的一致性问题和专利问题,其在动力电池的应用还处在由科研到市场的导入期,还要经受大规模商业化的考验。

 

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