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锂离子电池正极材料的要求有哪些?

2019-12-10   点击量:252

锂离子电池正极材料的要求


锂离子电池的主要部件有正极、负极、电解液、隔膜等,锂离子能量的存储和释放是以电极材料的氧化还原反应形式实现的,正极活性物质是锂离子电池最为关键的核心材料。


一般而言,正极材料的关键性能指标有:化学成分、晶体结构、粒度分布、振实密度、比表面积、pH值、首次放电比容量、首次充放电效率、循环寿命等。


在锂离子电池正极材料的研究方面,美国学者锂电池之父GOODENOUGH教授作出了巨大贡献:1980年在英国牛津大学就职期间发现了钴酸锂可用作锂电正极,次年他在LCO专利中提及镍酸锂作为正极材料的可行性;1983年,首次尝试将锰酸锂作为正极材料用于锂离子电池;1997年,他又开发出橄榄石结构正极材料磷酸铁锂。此外,为了解决镍酸锂性能不稳定问题,加拿大的DAHN教授和日本小槻勉教授进行了大量的掺杂改性研究;1997年,日本户田公司率先申请了最早的镍钴铝酸锂专利;1999年,新加坡大学的刘昭林、余爱水等人在镍钴酸锂基础上引入Mn改性,最早报导了镍钴锰酸锂。


锂离子电池正极材料发展趋势


凭借过去的高速增长,中国成为全球正极材料的主要市场。2014年中国正极材料同比增长20.24%,占全球市场的43.77%,虽然相对于2013年,所占比重有所下降,但仍为全球正极材料的第一大供应国。


2014年中国正极材料供应量占比的下滑,主要是因为在消费类电池方面,全球主要的锂离子电池生产商三星SDI和LG化学一直通过采购中国企业的正极材料产品来降低成本,在经历的持续几年不断的压价之后,中国企业已经难以承受,在这种情况下,他们开始自己生产正极材料,以求进一步降低电池制造成本,由此导致中国正极材料供应量占比的下滑。


2015年中国正极材料产量为10.65万吨,占全球产量的47.67%,中国正极材料占比大幅提升,主要源于国内新能源汽车爆发式增长,带来磷酸铁锂、镍钴锰酸锂出货量的快速增加。


国内外正极材料产品结构有所不同。在国外正极材料市场,国外主要正极材料企业以生产三元材料为主,2015年镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂等三元材料合计产量为5.83万吨,占比49.87%,其次为钴酸锂,2015年产量为3.05万吨,占比26.09%,而磷酸铁锂产量虽然是各正极材料中增长较快的,同比增长86.14%,但占比仍较小,为11.72%。


在中国正极材料市场,国内主要正极材料企业以生产磷酸铁锂为主,2015年产量为3.58万吨,占比33.62%,且其产量增速也是最快的,为165.19%;其次为钴酸锂,2015年产量为3.32万吨,占比31.17%;三元材料中,以镍钴锰酸锂为主,国内在镍钴铝酸锂领域基本上处于空白的状态。


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