磷酸鐵鋰電池正極材料行業(yè)發(fā)展與性能有哪些改進(jìn)方法？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-05-12 08:15
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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。
磷酸鐵鋰電池正極材料性能改進(jìn)的方法
由于磷酸鐵鋰正極材料本身較差的導(dǎo)電率和較低的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，國內(nèi)外研究者在這些方面進(jìn)行了大量的研究，也取得了一些很好的效果。其改性研究主要在3個(gè)方面:摻雜法、包覆法和材料納米化。
①摻雜法
摻雜法主要是指在磷酸鐵鋰晶格中的陽離子位置摻雜一些導(dǎo)電性好的金屬離子，改變晶粒的大小，造成材料的晶格缺陷，從而提高晶粒內(nèi)電子的導(dǎo)電率以及鋰離子的擴(kuò)散速率，進(jìn)而達(dá)到提高磷酸鐵鋰電池材料性能的目的。目前，摻雜的金屬離子主要有Ti4＋、CO2＋、Zn2＋、Mn2＋、La2＋、V3＋、Mg2＋。
②包覆法
在LiFePO4材料表面包覆碳是提高電子電導(dǎo)率的一種有效方法，碳可以起到以下幾個(gè)方面的作用：①抑制LiFePO4晶粒的長大，增大比表面積;②增強(qiáng)粒子間和表面電子的導(dǎo)電率，減少電池極化的發(fā)生;③起到還原劑的作用，避免Fe的生成，提高產(chǎn)品純度;④充當(dāng)成核劑，減小產(chǎn)物的粒徑；⑤吸附并保持電解液的穩(wěn)定。
③材料納米化
相較在導(dǎo)電性方面的限制，鋰離子在磷酸鐵鋰電池材料中的擴(kuò)散是電池放電的最主要也是決定性的控制步驟。由于LiFePO4的橄欖石結(jié)構(gòu)，決定了鋰離子的擴(kuò)散通道是一維的，因此可以減小顆粒的粒徑來縮短鋰離子擴(kuò)散路徑，從而達(dá)到改善鋰離子擴(kuò)散速率的問題。
采用離子摻雜、包覆、材料納米化3種改性方法對(duì)磷酸鐵鋰電池正極材料在電導(dǎo)率低、鋰離子擴(kuò)散速率慢、低溫放電性能差等方面的不足有很大的改進(jìn)。因此，通過以上方法來全面提高磷酸鐵鋰的綜合性能仍然是當(dāng)前和今后該領(lǐng)域研究和應(yīng)用的主要發(fā)展方向之一。
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