鉅大LARGE | 點擊量：1115次 | 2021年12月07日
動力鋰離子電池正極材料之爭 誰將笑到最后？
新能源汽車是汽車發(fā)展的方向，動力鋰離子電池是新能源汽車的心臟，其技術(shù)水平及產(chǎn)業(yè)發(fā)展對電動汽車的規(guī)?；褂靡饬x重大。隨著動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)聚集度的提升，以及技術(shù)路線的逐漸成熟，將來的動力鋰離子電池將向著更安全、更長壽、充電速度更快的方向發(fā)展。
目前動力鋰離子電池正極材料技術(shù)路線有很多，緊要圍繞著磷酸鐵鋰、三元材料、鈷酸鋰、錳酸鋰這四種，那么隨著技術(shù)的不斷進步，哪一種正極材料技術(shù)路線在動力鋰離子電池范疇更具有競爭力呢？
1、磷酸鐵鋰
磷酸鐵鋰由于安全性好，循環(huán)壽命長，原材料資源豐富，不造成環(huán)境污染而在我國得到了以bYD為首的眾多動力鋰離子電池廠家的追捧。我國磷酸鐵鋰技術(shù)路線的成功是國外主流動力鋰離子電池廠家始料未及的。
磷酸鐵鋰優(yōu)勢有很多，但缺點也很分明，除了低溫下循環(huán)性能極差以外，最緊要的缺陷是其導(dǎo)電率和振實密度低，其能量密度惟有120-150wh/kg。2016年底國家出臺按能量密度進行動力鋰離子電池的補貼，這可能會妨礙磷酸鐵鋰動力鋰離子電池的發(fā)展，但磷酸鐵鋰在電動大巴上的使用具有不可替代性，將來市場空間依舊廣闊。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前采用磷酸鐵鋰的電池廠家有比亞迪、北大先驅(qū)、深圳沃特碼、合肥國軒等。將來磷酸鐵鋰會朝著提高能量密度的方向發(fā)展，可以考慮采用石墨烯、碳納米管等添加劑來提高倍率容量，或者采用磷酸錳鐵鋰提高電壓，進而提高15-20%的能量密度。
2、鈷酸鋰與鎳酸鋰
鈷酸鋰是最早進行商業(yè)化使用的鋰離子電池正極材料，第一代商業(yè)化使用的鋰離子電池就是SONY在1990年推向市場的鈷酸鋰鋰離子電池，隨后在消費類產(chǎn)品中得到大規(guī)模使用。
但是鈷酸鋰最大的缺點就是質(zhì)量比容量低，理論極限是274mAh/g，出于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性考慮，實際使用中只能達(dá)到137mAh/g。同時由于地球上鈷元素的儲量比較低，因此導(dǎo)致鈷酸鋰的成本偏高，難以在動力鋰離子電池范疇大規(guī)模普及。
與鈷酸鋰相近，理想的鎳酸鋰為α-NaFeO2型六方層狀結(jié)構(gòu)，鎳酸鋰正極材料理論容量為275mAh/g，實際可達(dá)180-200mAh/g，均勻嵌鋰電位約為3.8V。相有關(guān)鈷酸鋰來說，鎳的儲量比鈷大，價格也相對便宜，但是鎳酸鋰合成困難，循環(huán)性能差，純相鎳酸鋰實用性不大。
3、錳酸鋰
錳酸鋰由于與目前普遍使用的鈷酸鋰、三元材料性質(zhì)非常接近，其電池加工工藝非常成熟，動力鋰離子電池加工線與現(xiàn)有加工線基本兼容，特別日韓擬采用18650型電池包合成動力鋰離子電池模塊的技術(shù)思路，使錳酸鋰動力鋰離子電池加工更容易實現(xiàn)。
錳酸鋰最大的缺點就是高溫循環(huán)性能較差，但相較于磷酸鐵鋰，它也有著自己神奇的優(yōu)點。
（1）錳酸鋰的體積比能量優(yōu)于磷酸鐵鋰
錳酸鋰的容量比磷酸鐵鋰低約25%，但其電壓比磷酸鐵鋰高15%，且錳酸鋰的壓實密度高約40%，因此錳酸鋰的體積比能量高于磷酸鐵鋰25-30%。
（2）錳酸鋰的一致性優(yōu)于磷酸鐵鋰
由于錳酸鋰產(chǎn)品不含碳，因此產(chǎn)品的性能參數(shù)穩(wěn)定，一致性好對動力鋰離子電池加工十分有利。
目前日本桑尼，我國中信國安、蘇州星恒等公司都在研發(fā)加工錳酸鋰動力鋰離子電池，將來在低速電動汽車以及續(xù)航里程不高的電動汽車等范疇將有不錯的市場。
4、三元材料
三元材料緊要有鎳鈷鋁酸鋰（NCA）和鎳鈷錳酸鋰（NCM）兩種，其中NCA是目前商業(yè)化正極材料中比容量最高的材料。
鎳鈷鋁酸鋰（NCA）
因為Co和Ni具有相近的電子構(gòu)型，相近的化學(xué)性質(zhì)，離子尺寸差異也很小，鎳酸鋰和鈷酸鋰可以發(fā)生等價置換形成繼續(xù)固溶體并保持層狀的α-NaFeO2結(jié)構(gòu)，為了得到更加穩(wěn)定的高鎳固溶體材料，除了加入鈷以外，添加Al可以進一步提高材料的穩(wěn)定性和安全性，這樣就形成了鎳鈷鋁酸鋰三元材料。
盡管NCA具有很高的比容量，但其缺點也很分明，將來發(fā)展趨勢是開發(fā)高鎳低鈷NCA來降低成本提高容量；以及研發(fā)高壓實NCA來提高體積比；另外采用包覆工藝降低NCA對濕度的敏感性。
目前美國特斯拉采用的是NCA正極材料動力鋰離子電池，技術(shù)處于領(lǐng)跑地位，日本松下采用NCA和硅碳負(fù)極組合制成的18650型電池容量高達(dá)3500mAh,循環(huán)壽命2000次以上；種種跡象聲明，NCA正極材料在動力鋰離子電池使用中具有很大的競爭力。
鎳鈷錳酸鋰（NCM）
鎳鈷錳酸鋰（NCM）三元材料的比容量高、循環(huán)壽命長、安全性好、價格低廉的優(yōu)勢是毋庸置疑的，但它同樣具有平臺相對較低，首次充放電效率低的缺點。
目前采用鎳鈷錳酸鋰（NCM）的緊要有韓國LG、浙江微宏動力以及珠海銀隆，在將來，NCM發(fā)展趨勢緊要是制造低鈷層狀三元材料，緊要原由是鈷是稀缺資源，減少用量可降低成本；另一個方向就是發(fā)展高鎳層狀三元材料，雖然高鎳體系合成難度大，易發(fā)生鋰鎳混排，但是鎳含量的新增可以顯著提高克容量，高鎳體系是動力鋰離子電池的理想材料之一。除此之外，NCM同樣要留意材料吸水的問題。
現(xiàn)階段，國內(nèi)有些廠家采用三元NCM/鈦酸鋰負(fù)極組合的技術(shù)路線，戒備了碳負(fù)極可能存在的鋰枝晶生成所造成安全性和循環(huán)性差的問題。采用此模塊加工的動力鋰離子電池具有安全性好，充放電倍率高，循環(huán)壽命長（可達(dá)5000-10000次）的特點，因而在動力鋰離子電池范疇備受關(guān)注。
總結(jié)
政策所趨，將來動力鋰離子電池行業(yè)市場廣闊，三年內(nèi)新能源汽車用動力鋰離子電池市場年均勻上升率可達(dá)50%左右，但是整個電池行業(yè)競爭猛烈，行業(yè)的整合正在繼續(xù)進行，動力鋰離子電池市場需求將進一步向優(yōu)點公司聚集。
而在技術(shù)路線方面，目前商用鋰離子動力鋰離子電池正極材料緊要有錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)、三元材料(NMC)，每種材料都有自己的優(yōu)點和缺陷，有自身的使用范疇和市場需求。其中電動工具、HEV和電動自行車是LMO的緊要使用范疇，新能源公共交通大巴、出租車將仍以LFP為主。在將來，動力鋰離子電池范疇最有可能出現(xiàn)的局面將是磷酸鐵鋰和三元材料并駕齊驅(qū)。
