高能量三元正极材料的开发及产业化.pdfVIP

高能量三元正极材料的开发及产业化 一、镍钴锰三元正极材料市场需求分析 锂离子电池作为一种对环境友好的替代能源，近年来受到了人们的重点关 注，在 21 世纪初始持续实现了接近 30%的年复合增长率。纯电动、混合动力汽 车需求的剧增，更加极大地促进了动力型锂离子电池的发展，特斯拉、日产、宝 马以及国内的比亚迪、 江淮等车企， 都已经实现了电动汽车的量产化， 并不断加 大研发投入， 对电动汽车、 锂离子电池及其关键材料产业链进行重点开发。 正极 材料是锂离子电池的核心关键材料， 目前已在市场上广泛使用的有钴酸锂、 锰酸 锂、系列镍钴锰三元复合材料（镍： 钴：锰 =1:1:1，5:2:3，6:2:2 等）和磷酸铁锂， 其中适用于动力型锂离子电池的正极材料主要有磷酸铁锂和镍钴锰三元复合材 料。进一步提高能量密度和安全性能是正极材料发展的必然趋势， 由于高电压充 电或深度放电时电极材料对有机电解质的强氧化作用、 材料自身结构的崩塌或破 坏、高镍类材料带来的产气问题， 以及压实密度已接近理论真密度的极限， 现有 材料在兼顾高能量密度和高安全性能上的局限亟需突破。 从全球范围来看， 锂离子电池企业主要集中在日本、 中国和韩国， 相应的锂 离子电池正极材料的研发及生产也主要集中在以上国家。 国外锂离子电池正极材 料行业已逐渐形成了寡头竞争的局面， 如日本的户田和日亚化学工业等企业， 韩 国的 Umicore 和 LF 等企业。国内仍有较多的企业在参与市场竞争，主要有当 升科技、湖南瑞翔、湖南杉杉、余姚金和、中信国安、天津巴莫、深圳天骄等企 业。近年来，作为正极材料之一的镍钴锰三元材料，应用前景极为广阔，发展更 是突飞猛进， 2014 下半年以来至今，受电动汽车用锂离子电池体系重心由磷酸 铁锂到三元材料转变的刺激， 使三元材料的市场需求呈井喷之势。 但由于三元材 料行业技术集成度高、 下游客户对产品质量要求严格等原因， 一些不具备核心竞 争力的企业将会逐步退出， 行业内的优势企业将占据越来越多的市场份额。 产能 集中、技术集中， 高能量密度、 高安全性能已经成为行业对三元类材料企业和产 品要求的重要趋势。 由于镍钴锰三元材料 Li(Ni x y 1-x-y 2 存在明显的三元协同效应，利用 Co Mn )O Ni 、Co、Mn 三种元素各自的优势可提高 Li(Ni Co Mn )O 材料的综合性能。 x y 1-x-y 2 因此，该材料的组 分 优化可 进 一步放 大 各组分元 素的优 势，除了 传 统 的 Li(Ni 1/3Co1/3Mn 1/3)O2 材料，近年来行业市场上已经实现了多种其它新规格组分材 料的产业化，如其中的 x 值可提高到 0.4-0.6，对应的 y 值最低可降至 0.2，三元 组分中 Ni 元素含量的升高已经成为此类材料的一个重要发展方向。目前已经商 业应用的高镍三元材料体系有（ x=0.4 ，y=0.2/0.3 ）、（x=0.5 ，y=0.2/0.3 ）、（x=0.6 ， y=0.2 ）等系列，处于研发阶段的有（