動力型鋰離子電池正極材料的發(fā)展如何？選用哪種材料更好？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-11-01 20:35
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動力型鋰離子電池正極材料的發(fā)展與比較
從目前市場用量來看，鋰電池正極材料仍以鈷酸鋰為主，除了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性佳、能量密度高的特性外，最早應(yīng)用于可攜式電子裝置等小型電池領(lǐng)域也是一大原因。
為了要提高這部分可攜式電子裝置電池電容量及降低材料成本，三元系的材料在可攜式裝置的滲透率可望提升；此外，隨著鋰電池爆炸事件陸續(xù)發(fā)生后，正極材料研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向安全性開發(fā)，其中錳酸鋰電容量雖然較低，但其安全性較高，也讓其在大型鋰電池或動力電池市場滲透率逐年提升；至于磷酸鋰鐵相較于鋰錳系具有更高的熱穩(wěn)定性，在成本考量上也比鋰鈷氧化物更具優(yōu)勢，使得磷酸鋰鐵和鋰錳系在未來鋰電池市場的應(yīng)用備受期待。
而由全球市占分布與生產(chǎn)地域現(xiàn)況來觀察，雖然近年韓國與中國大陸廠商積極投入正極材料制造，但在材料品質(zhì)仍未普遍獲得業(yè)界電池廠商信賴前，日商仍將是全球鋰電池正極材料主要的供應(yīng)。
從另外一種角度來看，一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?？除了關(guān)注其優(yōu)點(diǎn)外，更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。鎳鈷錳酸鋰三元材料由于鈷的資源缺乏與鎳、鈷成本高和價格波動大等原因，普遍認(rèn)為很難成為電動汽車用動力型鋰離子電池的主流，但可以與尖晶石錳酸鋰在一定范圍內(nèi)混合使用。
事實(shí)上目前普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料，而非磷酸鐵錳電池等其他電池，從政府、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料，將其作為動力型鋰離子電池的發(fā)展方向。
分析其原因，主要有下列兩點(diǎn)：首先是受到美國研發(fā)方向的影響，美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做離子電池的正極材料。其次是國內(nèi)一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲存性能的錳酸鋰材料有關(guān)。
但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，主要受制于高溫還原成單質(zhì)鐵、振實(shí)密度、制造成本、知識產(chǎn)權(quán)等缺陷。因此目前最有希望應(yīng)用于動力型鋰離子電池的正極材料主要有改性錳酸鋰（LiMn2O4）磷酸鐵鋰（LiFePO4）和鎳鈷錳酸鋰【Li（Ni,Co,Mn）O2】三元材料。
3結(jié)論
從研發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的經(jīng)驗(yàn)來看，日本是鋰離子電池最早商業(yè)化的國家，并且一直占據(jù)著高端鋰離子電池市場。而美國盡管在一些基礎(chǔ)研究上領(lǐng)先，但是到目前為止還沒有一家大型鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)，因此，日本選擇改性錳酸鋰作為動力型鋰離子電池正極材料更有其道理。即使是在美國，利用磷酸鐵鋰和錳酸鋰作為動力型鋰離子電池正極材料的廠家也是各占一半，聯(lián)邦政府也是同時支持這兩種體系的研發(fā)。
鑒于磷酸鐵鋰存在的上述問題，很難作為動力型鋰離子電池的正極材料在新能源汽車等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。如果能夠解決錳酸鋰存在的高溫循環(huán)與儲存性能差的難題，憑借其低成本與高倍率性能的優(yōu)勢，在動力型鋰離子電池中的應(yīng)用將有巨大的潛力。
從目前市場用量來看，鋰電池正極材料仍以鈷酸鋰為主，除了其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性佳、能量密度高的特性外，最早應(yīng)用于可攜式電子裝置等小型電池領(lǐng)域也是一大原因。
為了要提高這部分可攜式電子裝置電池電容量及降低材料成本，三元系的材料在可攜式裝置的滲透率可望提升；此外，隨著鋰電池爆炸事件陸續(xù)發(fā)生后，正極材料研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向安全性開發(fā)，其中錳酸鋰電容量雖然較低，但其安全性較高，也讓其在大型鋰電池或動力電池市場滲透率逐年提升；至于磷酸鋰鐵相較于鋰錳系具有更高的熱穩(wěn)定性，在成本考量上也比鋰鈷氧化物更具優(yōu)勢，使得磷酸鋰鐵和鋰錳系在未來鋰電池市場的應(yīng)用備受期待。
而由全球市占分布與生產(chǎn)地域現(xiàn)況來觀察，雖然近年韓國與中國大陸廠商積極投入正極材料制造，但在材料品質(zhì)仍未普遍獲得業(yè)界電池廠商信賴前，日商仍將是全球鋰電池正極材料主要的供應(yīng)。
從另外一種角度來看，一種材料是否具有應(yīng)用發(fā)展?jié)摿?？除了關(guān)注其優(yōu)點(diǎn)外，更為關(guān)鍵的是該材料是否具有根本性的缺陷。鎳鈷錳酸鋰三元材料由于鈷的資源缺乏與鎳、鈷成本高和價格波動大等原因，普遍認(rèn)為很難成為電動汽車用動力型鋰離子電池的主流，但可以與尖晶石錳酸鋰在一定范圍內(nèi)混合使用。
事實(shí)上目前普遍選擇磷酸鐵鋰作為動力型鋰離子電池的正極材料，而非磷酸鐵錳電池等其他電池，從政府、科研機(jī)構(gòu)、企業(yè)甚至是證券公司等市場分析員都看好這一材料，將其作為動力型鋰離子電池的發(fā)展方向。
分析其原因，主要有下列兩點(diǎn)：首先是受到美國研發(fā)方向的影響，美國Valence與A123公司最早采用磷酸鐵鋰做離子電池的正極材料。其次是國內(nèi)一直沒有制備出可供動力型鋰離子電池使用的具有良好高溫循環(huán)與儲存性能的錳酸鋰材料有關(guān)。
但磷酸鐵鋰也存在不容忽視的根本性缺陷，主要受制于高溫還原成單質(zhì)鐵、振實(shí)密度、制造成本、知識產(chǎn)權(quán)等缺陷。因此目前最有希望應(yīng)用于動力型鋰離子電池的正極材料主要有改性錳酸鋰（LiMn2O4）磷酸鐵鋰（LiFePO4）和鎳鈷錳酸鋰【Li（Ni,Co,Mn）O2】三元材料。
3結(jié)論
從研發(fā)和生產(chǎn)鋰離子電池的經(jīng)驗(yàn)來看，日本是鋰離子電池最早商業(yè)化的國家，并且一直占據(jù)著高端鋰離子電池市場。而美國盡管在一些基礎(chǔ)研究上領(lǐng)先，但是到目前為止還沒有一家大型鋰離子電池生產(chǎn)企業(yè)，因此，日本選擇改性錳酸鋰作為動力型鋰離子電池正極材料更有其道理。即使是在美國，利用磷酸鐵鋰和錳酸鋰作為動力型鋰離子電池正極材料的廠家也是各占一半，聯(lián)邦政府也是同時支持這兩種體系的研發(fā)。
鑒于磷酸鐵鋰存在的上述問題，很難作為動力型鋰離子電池的正極材料在新能源汽車等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。如果能夠解決錳酸鋰存在的高溫循環(huán)與儲存性能差的難題，憑借其低成本與高倍率性能的優(yōu)勢，在動力型鋰離子電池中的應(yīng)用將有巨大的潛力。
