隨著鋰離子電池能量密度的不斷提升，傳統(tǒng)的鈷酸鋰材料正逐漸被容量更高的三元材料所取代，雖然三元材料具有與LCO相似的層狀結(jié)構(gòu)，但是相比于LCO材料，三元材料不僅僅在材料的容量上獲得了很大的提升，熱穩(wěn)定性也要明顯好于LCO材料。

 

一般而言我們常說的三元材料主要指的是NMC材料，也包含NCA材料，層狀材料的容量發(fā)揮受到其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響，由于Ni3+的化學(xué)穩(wěn)定性要比Co元素更好，因此在充電的過程中NMC材料也就能脫出更多的Li，使得材料的容量由較大的提升。

 

反過來，層狀氧化物正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性還受到脫Li數(shù)量的影響，過量的脫Li可能會導(dǎo)致材料的層狀結(jié)構(gòu)坍塌，因此為了保證NMC材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性需要對材料的充電截止電壓進(jìn)行限制，保證材料的長期的循環(huán)穩(wěn)定性。

 

德國明斯特大學(xué)的Johannes Kasnatscheew等人對NCM111和NCM532（兩款材料來自BMW集團(tuán)）、NCM622和NCA（兩款材料來自Customcell）、NCM811（來自杉杉科技）材料的充電制度對其循環(huán)壽命和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響進(jìn)行了研究。

 

充電截止電壓的影響

 

NMC材料的脫鋰數(shù)量與充電截止電壓成正比，也就是說充電截止電壓越高NMC材料的脫鋰量也就越大，相應(yīng)地材料的結(jié)構(gòu)也就越不穩(wěn)定。下圖為NCM811材料在不同的充電截止電壓下，循環(huán)性能曲線，可以看到提高截止電壓后，材料容量發(fā)揮明顯提高了，但是隨之而來的是材料衰降速度的加速。

 

對比不同截止電壓下的循環(huán)數(shù)據(jù)后發(fā)現(xiàn)，4.6V截止電壓時雖然在第五次放電時比容量最高，但是在循環(huán)53次后，其容量快速下降，低于4.5V和4.4V截止電壓下NMC111的容量。這表明一味的的提高充電截止電壓，雖然會使的材料的容量獲得較大的提升，但卻會使的材料的循環(huán)穩(wěn)定性發(fā)生明顯的下降，因此需要根據(jù)電池的設(shè)計(jì)壽命合理選擇充電截止電壓。三元鋰離子正極材料主要包括鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）、鋰（Li）四種元素。正極材料的一般制作方法中，各種元素的來源分別為硫酸鎳、硫酸鈷、硫酸錳以及碳酸鋰。以下各章分別分析了這幾種元素的礦物來源，主要地理分布、該種資源我國富裕程度以及三元鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展對這些資源需求量的拉動效果如何。

 

1.1.1 鋰資源

 

鋰礦石開采生產(chǎn)廠家主要向電池正極材料生產(chǎn)廠家提供電池級碳酸鋰或氫氧化鋰作為其原材料。以鋰礦石為原料制備鋰鹽的方法主要有四種：石灰法、硫酸法和硫酸鹽、氯化焙燒法。四種方法的主要工藝過程是將鋰礦石加硫酸或者硫酸鹽、石灰或者氯化物進(jìn)行燒結(jié)，然后通過溶解、過濾提純等工序制成鋰鹽產(chǎn)品。目前主流礦石提鋰廠商采用硫酸法。

 

礦石提鋰最主要的原料是鋰輝石與鋰云母。鋰輝石是含鋰最豐富并且最有利于工業(yè)生產(chǎn)的原料。全球鋰輝石礦主要分布于澳大利亞、加拿大、津巴布韋、扎伊爾、巴西和中國；鋰云母礦主要分布于津巴布韋、加拿大、美國、墨西哥和中國。從事礦石鋰開采的國外著名廠商有：

我國鋰礦成礦條件優(yōu)越，根據(jù)鋰礦成礦條件和成礦規(guī)律，全國劃分出松潘－甘孜、阿爾泰、藏北、柴達(dá)木等12個鋰礦成礦區(qū)帶，預(yù)測鹵水鋰礦資源潛力（LiCl）9248萬噸，其中500米以淺5221萬噸；硬巖鋰礦資源潛力（Li2O）594萬噸，其中500米以淺496萬噸。預(yù)測資源潛力折合金屬鋰共1760萬噸（折合碳酸鋰為9367萬噸），資源查明率僅為25.4%。

 

2015年消費(fèi)總量達(dá)7.87萬噸碳酸鋰當(dāng)量，占世界的37.2%。當(dāng)年我國鋰產(chǎn)品消費(fèi)中，電池占50.9%、潤滑脂占15.3%、玻璃陶瓷占12.8%、醫(yī)藥占8.2%，染料和吸附劑占5.1%，催化劑占4.2%，其他占3.5%。如果以2020年我國動力鋰離子電池需求量125Gwh測算（2016年需求量為30Gwh），當(dāng)年動力電池所需鋰的質(zhì)量就達(dá)到7.5萬噸（以碳酸鋰計(jì)），此數(shù)值相當(dāng)于2015年鋰材料全年消費(fèi)量。由于新能源汽車等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，動力電池用鋰量將持續(xù)提升，這將有可能導(dǎo)致鋰原材料價(jià)格的上漲。但由于我國鋰資源相對富裕，鋰原材料價(jià)格上漲可能會保持相對平穩(wěn)。