全球動力鋰電池正極材料市場應(yīng)用情況介紹
來源：寶鄂實業(yè)
2019-05-08 22:20
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錳酸鋰材料具有資源豐富、成本低、無污染、安全性好、倍率性能好等優(yōu)點，是理想的動力電池材料，在產(chǎn)業(yè)化的進程中需要改善其較差的循環(huán)性能及電化學穩(wěn)定性。
近年來錳酸鋰的研究方向主要是改性錳酸鋰，通過表面修飾和摻雜改善其性能。錳酸鋰材料的技術(shù)開發(fā)以日韓兩國的技術(shù)成熟度最高，其錳酸鋰產(chǎn)品已達到現(xiàn)階段電動汽車動力鋰電池的使用要求。日產(chǎn)的Leaf純電動轎車采用了日本AESC公司的錳酸鋰離子電池，早期的雪弗蘭Volt也采用韓國LG化學的錳酸鋰離子電池。
3、三元材料
三元材料〔LiNixCoyM1-x-yO2，M為錳（Mn）或鋁（Al），簡稱“NCM”或“NCA”〕是目前最有前途的動力鋰電正極材料之一。工業(yè)和信息化部等部門提出到2015年要把動力電池單體的比能量提高到180Wh/kg，模塊比能量達到150Wh/kg以上，這些條件磷酸鐵鋰和錳酸鋰均無法滿足，而三元材料可以達到要求。與錳酸鋰及磷酸鐵鋰材料相比，三元材料的性能更為平衡，能量密度也更高，其容量高于錳酸鋰、同時電壓平臺高于磷酸鐵鋰。更重要的是三元材料有豐富的體系組成，可以根據(jù)性能需求對材料體系進行調(diào)制及選擇。
（1）NCM 材料
鎳鈷錳三元材料（NCM）隨著材料中鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）組成比例的變化，材料的比容量、安全性等諸多性能能夠在一定程度上實現(xiàn)可調(diào)控。目前在電動汽車上廣泛使用的是Ni、Co、Mn比例分別為1∶1∶1或5∶2∶3的（簡稱NCM111及NCM523材料）體系。
高鎳NCM622材料（Ni、Co、Mn比例為6∶2∶2）是目前三元材料研究的熱點之一，有望將動力電池的能量密度提升至200Wh/kg。少數(shù)國內(nèi)外領(lǐng)先的正極材料企業(yè)重點投入NCM622材料的開發(fā)，國內(nèi)如北京當升材料科技股份有限公司已順利攻克了NCM622材料安全性能、循環(huán)性能、低溫性能等多項關(guān)鍵技術(shù)，北汽等國內(nèi)知名車企已開始量產(chǎn)以NCM622材料為電池正極材料的純電動汽車。
（2）NCA 材料
鎳鈷鋁酸鋰三元材料（典型分子式為LiNi0.8Co0.15Al0.05O2，簡稱NCA）不僅可逆比容量高，材料成本較低，同時摻鋁（Al）后增強了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性，進而提高了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。NCA材料也是目前研究最熱門的三元材料之一。
NCA材料具有優(yōu)異的性能，如AESC公司為日產(chǎn)（Leaf）、Panasonic公司為美國Tesla、PEVE公司為豐田（Pruisα）等車型提供的動力電池，其正極材料全部或部分為NCA材料。2013年，美國Tesla正是由于動力電池正極材料使用了NCA材料，使汽車續(xù)航里程大幅提升，一舉成為世界電動汽車領(lǐng)域最耀眼的新星。據(jù)報道，Tesla Model S的電池模塊總?cè)萘扛哌_85kWh，單體電池的能量密度為252Wh /kg，電池模塊的能量密度超過150Wh/kg，遠高于當前行業(yè)80～120Wh/kg的平均水平。
NCA材料的一些性能指標雖然表現(xiàn)優(yōu)秀，但是材料的制備難度高。這類材料的開發(fā)和使用在日韓的先進企業(yè)中已經(jīng)成熟并進入大規(guī)模量產(chǎn)階段。國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)已完成相關(guān)技術(shù)的初步探索，進行了中試和小批量試產(chǎn)。但由于多種因素的影響，NCA材料未在國內(nèi)形成批量生產(chǎn)及銷售，尚有一些技術(shù)問題需要解決?？梢灶A(yù)見，隨著電動汽車市場的興起，NCA材料的需求會大幅增加。
（三）動力鋰電池正極材料的市場應(yīng)用情況
1、全球動力鋰電池正極材料市場應(yīng)用情況
目前世界主流電動汽車對動力鋰電池正極材料的選擇見表3，從全球主流電動汽車的應(yīng)用情況看，三元材料體系正逐步超越磷酸鐵鋰和錳酸鋰，成為動力鋰電池正極材料的主流。
負極表面的SEI膜大致可以認為是電解液的有機溶劑被還原分解所得到的不溶性產(chǎn)物附著在電極表面的結(jié)果，不同的負極材料會有一定的差別，但大致認為是有：碳酸鋰，烷基酯鋰，氫氧化鋰等組成，當然也有鹽的分解產(chǎn)物，另外還有一些聚合物等。一般認為對于金屬鋰，負極在首次嵌鋰時形成SEI膜，形成電壓為1.5V開始（相對于金屬鋰），在0.8V附近大量形成，到0.2V左右基本完成。另外研究表明，首次嵌鋰時為SEI膜形成的主要步驟，后序5周內(nèi)都有SEI膜的形成過程，但量很少。此外SEI膜并非一成不變，在充放電過程中會有少許的變化，主要是部分有機物會發(fā)生可逆的變化。此外不同的電流密度，不同的電極表面所形成的SEI膜的組成少有差別。
正極表面的SEI膜少，以前關(guān)注很少，目前好像關(guān)注度在上升。有一種觀點認為是電解液的氧化產(chǎn)物沉積的結(jié)果，另一種觀點是由于負極表面的SEI膜部分溶解后在正極表面沉積的結(jié)果。相對來說，電解液在正極表面氧化沉積的證據(jù)不多，當然也不排除是由于量少而目前的儀器精度無法達到的情況
