正極材料部分在充放電過程中，不僅要能夠嵌入或者脫出需要的鋰，還需要在負(fù)極材料表面形成SEI膜時(shí)，為其提供所需的鋰。因此正極材料的選擇是近年來鋰電池發(fā)展的關(guān)鍵。而作為鋰電池的正極材料，必須具備以下幾個(gè)條件：1、必須是鋰的嵌入化合物；2、開路電壓較高；3、充放電時(shí)電壓較平穩(wěn)；4、能夠容量鋰的單位量較大；5、材料的分子量較小；6、材料的摩爾體積較??；7、材料能夠不間斷及快速的嵌入或脫出鋰；8、材料的脫嵌鋰的可逆度較高，該性能會(huì)影響到電池的壽命；9、材料不得與電解液發(fā)生反應(yīng)；10、材料的導(dǎo)電率較高；11、價(jià)格低廉、無污染；12合成較容易；這些都是近年來鋰電池正極材料研究的重點(diǎn)。

 

正極材料直接決定了電池的能量密度、功率、循環(huán)次數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)，對電池成本的影響也最顯著。鋰電池正極材料技術(shù)以提升安全性、增加電池蓄電量級(jí)、降低成本為三大發(fā)展主軸。繼鋰鈷之后，陸續(xù)有鋰錳、鋰鎳、鋰鎳鈷基磷酸鐵鋰等正極材料出現(xiàn)。

 

下面我們對這三種材料進(jìn)行對比，看看各自優(yōu)略以及未來發(fā)展方向。

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鈷酸鋰

 

 

鈷酸鋰是目前最成熟的，唯一商品化的鋰離子電池正極材料，主要應(yīng)用于手機(jī)、筆記本電腦、數(shù)碼相機(jī)等便攜式數(shù)碼產(chǎn)品以及電動(dòng)玩具等。

 

優(yōu)點(diǎn)：材料的加工性能很好，密度高，比容量相對較高，材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，循環(huán)性能好，材料的電壓平臺(tái)較高且比較穩(wěn)定。

 

缺點(diǎn)：價(jià)格昂貴、容量幾乎發(fā)揮到了極限、資源緊缺、安全性差。

 

未來方向：在傳統(tǒng)鋰離子電池領(lǐng)域，將逐漸被鎳鈷鋰和鎳鈷錳鋰三元材料代替。

 

2

錳酸鋰

 

錳酸鋰是除鈷酸鋰外研究最早的正極材料，適合于電動(dòng)工具、礦燈電池和手機(jī)電池等對容量要求不高的領(lǐng)域。

 

優(yōu)點(diǎn)：安全性較高，尤其是高溫下的穩(wěn)定性較好。具有明顯成本優(yōu)勢。沒有專利制約。

 

缺點(diǎn)：比容量較低，高溫循環(huán)性能目前還沒有得到較好的解決，壽命短。

 

未來方向：小型鋰電池市場，日本研發(fā)的高端錳酸鋰材料可用于動(dòng)力電池。由于全世界經(jīng)濟(jì)和城市交通的發(fā)展，引起石油緊張和環(huán)境污染，國際上許多發(fā)達(dá)國家競相開發(fā)綠色能源技術(shù)，其中尤以電動(dòng)車應(yīng)用為代表的動(dòng)力電源領(lǐng)域發(fā)展最為迅速。電動(dòng)汽車要取代燃油汽車，動(dòng)力電池是關(guān)鍵，而傳統(tǒng)化學(xué)電池存在著儲(chǔ)存能量低、重量大、壽命短和不安全等因素，成為電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸。在現(xiàn)階段，錳酸鋰是動(dòng)力電池的首選材料，從而，錳酸鋰將隨著電動(dòng)車的發(fā)展具有廣闊的發(fā)展前景。

 

3

鎳鈷錳三元材料

 

鎳鈷錳三元材料同樣也是非常有前途的正極材料，有望在小型鋰電池領(lǐng)域替代鈷酸鋰。

 

優(yōu)點(diǎn)：高容量的正極材料，比容量可以達(dá)到180mAh/g 以上，安全性較好，成本低，與電解液的相容性好，循環(huán)性能優(yōu)異。

 

缺點(diǎn)：合成困難、合成條件苛刻、合成材料的穩(wěn)定性差；電壓平臺(tái)相對較低，只有193.55v 左右；密度相對較低；充電電壓較高，達(dá)到了4.5v 左右。

 

未來方向：主要是小型鋰離子電池市場，也有望進(jìn)入動(dòng)力電池市場。鋰鎳及鋰鎳鈷電池雖然提升了電容量，但無法全然解決安全性問題。

 

三元材料是電池材料，特別是新能源汽車電池材料的重要組成部分。與傳統(tǒng)正極材料鈷酸鋰相比，三元材料在資源占用、性價(jià)比、安全性等方面占有很大優(yōu)勢。

 

在通訊電池方面，未來鈷酸鋰的主導(dǎo)地位將逐漸弱化，鎳鈷錳三元材料將逐步替代鈷酸鋰，市場份額不斷提高;

 

在電動(dòng)工具領(lǐng)域，鎳鈷錳三元材料具有高的能量密度，良好大電流充放電性能、優(yōu)秀的循環(huán)性能及安全性能，有可能成為主要的正極材料;

 

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，鎳鈷錳三元材料有可能成為新一代的正極活性物質(zhì)；由此可見，三元材料具有較好的發(fā)展前景。

 

鋰電池正極材料行業(yè)的上游主要包括鋰、鈷、鎳、錳、鐵等資源，其下游行業(yè)主要是鋰電池。目前中國正極材料市場規(guī)模近百億元，年增長超過15%；其中三元材料超過25%的增長率，是正極材料市場增長最快品種，三元材料將趕超鈷酸鋰，磷酸鐵鋰整合本土優(yōu)勢浴火重生。

 

從正極材料的市場份額看，鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料基本形成三足鼎立的局面，磷酸鐵鋰由于專利糾紛的解決，以及市場應(yīng)用前景的明朗，發(fā)展很迅速，未來錳酸鋰，三元材料以及磷酸鐵鋰的市場份額將逐漸增加，而鈷酸鋰的市場將逐漸被這三種材料所取代。