中國儲能網(wǎng)訊：正極材料是鋰電池最為關(guān)鍵的原材料。四大材料生產(chǎn)中，正極材料是鋰電池的核心，占鋰電池成本的30%以上，比重最大。正極材料的好壞直接決定了鋰電池各種性能指標，如能量密度性能、比功率、溫度適用范圍及安全性能等等。
磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料并駕齊驅(qū)，共同發(fā)展。目前已進入商業(yè)化的正極材料包括鈷酸鋰(LCO)、三元材料(NCM)、錳酸鋰(LMO)和磷酸鐵鋰(LFP)等。各個國家乃至各個廠商對正極材料的選擇不盡相同，日本和韓國主要開發(fā)錳酸鋰(LMO)和鎳鈷錳酸鋰三元材料(NCM)，中國更偏向磷酸鐵鋰(LFP)的發(fā)展。
正極材料的性能各有利弊，根據(jù)下游產(chǎn)品的需求，選擇的正極材料品種不盡相同：消費類電子產(chǎn)品領(lǐng)域鋰電正極材料的性能需求側(cè)重鋰電能量密度和安全性;動力電池正極材料的性能需求為高電壓、高能量、高功率和寬溫度范圍。
鈷酸鋰(LiCoO2)，最早商業(yè)化的鋰正極材料，因鈷(Co)價格昂貴，環(huán)境污染嚴重，替代趨勢明顯。LiCoO2的研究始于二十世紀八十年代，LiCoO2的合成方法包括高溫固相反應(yīng)法、低溫共沉淀法和凝膠法。其中比較成熟的方法是高溫固相反應(yīng)法，即用碳酸鋰(Li2CO3)或氫氧化鋰(LiOH)與碳酸鈷(CoCO3)等鈷鹽按鋰與鈷摩爾比為1.0配料，在700~900℃空氣氣氛中煅燒而成。生產(chǎn)工藝簡單，電化學(xué)性能穩(wěn)定，容量達到145mAh/g，近年來高電壓(4.5V)高壓實(4.1V)LiCoO2的發(fā)展，使容量達到185mAh/g的容量。但是，LiCoO2安全性差且Co價格昂貴、資源短缺，污染大，因此急需開發(fā)比能量高、穩(wěn)定性好、成本低廉的新型正極材料。
錳酸鋰(LiMn2O4)成本較低，環(huán)境友好，但是其高溫性能不好，容量衰減明顯。自Thackeray等人1983年首次報道尖晶石型LiMn2O4以來，在鋰電池領(lǐng)域等到廣泛研究和利用，我國錳資源豐富，而且錳元素相對環(huán)境友好，降低了LiMn2O4的成本，LiMn2O4還具有電導(dǎo)率高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，環(huán)境污染小等優(yōu)勢，一直處于研究熱點。LiMn2O4制備方法有高溫固相合成法和低溫合成法，制造工藝相對簡單。但是目前市場上LiMn2O4仍存在各種問題，例如LiMn2O4具有較高的電極電位，容易導(dǎo)致電解液被氧化，實際工作中，LiMn2O4為正極材料的電池具有循環(huán)性能差、容量低等缺點。目前LiMn2O4為正極材料的鋰電池主要應(yīng)用在消費類電子產(chǎn)品。
磷酸鐵鋰正極材料的低溫性能和倍率放電水平發(fā)展較快，應(yīng)用在動力電池領(lǐng)域前景廣闊。磷酸鐵鋰具有規(guī)則的橄欖石型結(jié)構(gòu)，其穩(wěn)定性較好，在充放電過程中，沒有影響其電化學(xué)性能的體積效應(yīng)，因此具有良好的循環(huán)性能。目前比較成熟的合成磷酸鐵鋰的方法是高溫固相合成法和低溫液相合成法。磷酸鐵鋰在性能上也存在一定缺陷，如振實密度與壓實密度很低，低溫性能較差。我國目前是倡導(dǎo)使用磷酸鐵鋰作為動力電池的國家，希望通過未來十年的努力，能夠突破磷酸鐵鋰這項技術(shù)，從而帶動電動汽車的高速發(fā)展。中國電池工業(yè)協(xié)會認為2012年以后磷酸鐵鋰材料成為最具潛力的鋰電池正極材料。
鎳鈷錳酸鋰材料(NCM三元材料)的高容量和高安全性是其他材料無法比擬的，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。NCM的推出源于人們?yōu)榱颂岣哜捤徜?LiCoO2)的容量，改善其循環(huán)性能，降低成本，從而進行一系列的改性研究，向鎳酸鋰(LiNiO2)中摻雜鈷和錳元素，使其表現(xiàn)鎳、鈷、錳三種元素的協(xié)同效應(yīng)，具有容量大、穩(wěn)定性好、成本較低和安全性高等優(yōu)點。但是三元材料也具有一些缺陷，例如電池壓
實密度低，導(dǎo)電性能不如鈷元素，制作工藝復(fù)雜，目前技術(shù)還不夠成熟，集中在中低端市場，在中高端市場需要與鈷混合使用。
三元材料是未來發(fā)展的趨勢。目前市場上所述的三元材料主要是以NMC(LiNixCoyMn1-x-yO2)，NCA(LiNixCoyAl1-x-yO2)為主，同時包含了鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)三種元素的協(xié)同效應(yīng)，具有容量高、電壓高等優(yōu)點，逐漸成為電動汽車應(yīng)用主流，未來3-5年，高端的三元體系作為動力鋰電池，將會呈現(xiàn)供不應(yīng)求的局面。目前國內(nèi)動力鋰電池仍以磷酸鐵鋰為主，國內(nèi)的鋰電池和電動汽車企業(yè)可通過對磷酸鐵鋰材料的掌握，在2-3年內(nèi)形成成熟的電池技術(shù)，然后慢慢過渡到三元材料為正極的鋰電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的道路上。
縱觀全球，鋰電池正極材料呈現(xiàn)中、日、韓“寡頭聚集”的格局。日本和韓國的鋰電正極材料產(chǎn)業(yè)起步早，整體技術(shù)水平和質(zhì)量控制能力要優(yōu)于我國鋰電正極材料產(chǎn)業(yè)，占據(jù)鋰電正極材料市場高端領(lǐng)域。在日韓鋰電池市場，主要鋰電企業(yè)的供應(yīng)商選擇本土鋰電正極材料企業(yè)。由于中國大型鋰電正極材料近十年迅速發(fā)展，產(chǎn)品質(zhì)量大幅度提高，并具備較強的成本優(yōu)勢，近年來日韓鋰電企業(yè)開始逐步從中國進口鋰電正極材料，目前中國鋰電正極材料市場份額已占據(jù)全球的46%，未來發(fā)展空間仍廣闊。
就目前來看，國內(nèi)鋰電池正極材料產(chǎn)能過剩，產(chǎn)能利用率低，價格競爭激烈。我國正極材料生產(chǎn)廠家有200多家，從供需關(guān)系來看，我國鋰電池正極材料的總體產(chǎn)能嚴重過剩，未來兩年內(nèi)，由于三元材料以及高壓鈷酸鋰的增量，正極材料產(chǎn)能仍快速增長，國內(nèi)企業(yè)競爭加劇，國內(nèi)產(chǎn)品同質(zhì)化現(xiàn)象嚴重，從而導(dǎo)致鋰電池正極材料價格下跌。
鋰電池正極材料的集成度不斷提高，優(yōu)勝劣汰的局勢更加明顯。隨著鋰電池市場的不斷發(fā)展，正極材料需求量也在不斷擴大，2010年我國鋰正極材料的需求達到52000噸，比2009年增長81.7%。我國擁有豐富的資源優(yōu)勢，原材料鋰的成本低廉并且具有一定基礎(chǔ)的技術(shù)底蘊，同時我國在下游領(lǐng)域的巨大需求推動了鋰正極材料的高速發(fā)展，鋰正極材料的產(chǎn)能正逐步向中國移動預(yù)計，未來我國鋰電池正極材料的集成度不斷提高，優(yōu)勝劣汰的局勢更加明顯。
