【原创】产业分析 | 关于锂离子电池电极材料发展趋势的探讨

2017-02-20
来源：www.188betkr.com 默然

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[导读]锂离子电池可以说是目前世界上应用最成熟最广泛的新能源，有业内人士表示，三元电池能量密度提升空间要大于磷酸铁锂，要达到国家对于动力电池的新要求，未来电池正极材料要走三元材料的路线。目前负极材料依然以传统石墨为主，钛酸锂势头很猛，相信在不久的将来必将突破技术壁垒，至于钛酸锂负极的未来如何，就需要市场去验证了！

www.188betkr.com 讯锂离子电池可以说是目前世界上应用最成熟最广泛的新能源，如手机电脑等便携式电子产品，电动汽车，电动工具，储能项目。特别是当前中国政府和资本疯狂投资支持新能源汽车和动力电池产业，这也推动着锂电材料产业的快速发展！

锂电池附加值较高，而电极材料占成本70%以上，决定着锂电池的性能。本文简单介绍一下锂电池电极材料及其发展趋势，望对业内人士有所帮助！

【正极材料篇】

锂离子电池对正极材料的要求：

比能量高、比功率大、自放电少、价格低廉、使用寿命长，安全性好。

常见的正极材料及其性能比较

	磷酸铁锂	锰酸锂		钴酸锂	镍酸锂	镍钴锰三元材料
材料主成分	LiFePO₄	LiMn₂O₄	LiMnO₂	LiCoO₂	LiNiO₂	LiNiCoMnO₂
理论能量密度（mAh/g）	170	148	286	274	274	278
实际能量密度（mAh/g）	130-140	100-120	200	135-140	190-210	155-165
电压（V）	3.2-3.7	3.8-3.9	3.4-4.3	3.6	2.5-4.1	3.0-4.5
循环性（次）	＞2000	＞500	差	＞300	差	＞800
过渡金属	非常丰富	丰富	丰富	贫乏	丰富	贫乏
环保性	无毒	无毒	无毒	钴有放射性	镍有毒	钴、镍有毒
安全性能	好	良好	良好	差	差	尚好
适应温度℃	-20~75	＞50快速衰减	高温不稳定	-20~55	N/A	-20~55

锂电材料生产工艺流程：

其中粉碎分级设备处在流程的末端，对最终产品的性能影响很大，因此电极材料的加工是一个重要环节，电池正极材料生产线中粉碎阶段国内常见的几种生产工艺：

气流粉碎机：

优点：产品纯度最高，粉碎过程中摄入金属等杂质最低

设备故障率低，生产安全性和稳定性高。

缺点：耗能高

气流粉碎机串联分级机原理图：

机械粉碎机：

优点：粒形较好，耗能较低

缺点：陶瓷内衬和磨块易碎，存在安全隐患。

高速碰撞和剪切粉碎方式容易带入杂质。

机械磨配分级机原理图：

正极材料电镜扫描图：

目前正极材料主要集中在中、日、韩三国。正极材料行业形成寡头垄断的局面，日韩企业在技术水平和工艺控制上实力较强，而中国虽然有200多家正极材料生产企业，但厂家产品同质化严重，毛利率低于10%，其中磷酸铁锂的产能过剩最为严重。目前国外主要正极材料企业以生产三元材料为主，国内主要正极材料企业以生产磷酸铁锂为主，中国企业扎推于中低端市场的同时，高端产品供应不足。

发展趋势：目前市场上主流新能源汽车的动力电池正极材料的选择以三元材料、锰酸锂和磷酸铁锂为主。在动力电池领域，磷酸铁锂正极材料拥有超长的循环寿命、极好的安全性能、较好的高温性能和相对低廉的价格，并且磷酸铁锂材料其低温性能和倍率放电已经可以达到钴酸锂的水平，但由于能量密度的缺陷，同时其产品一致性和低温性能差，正在逐步被三元材料取代。

而随着动力电池对于功率和能量密度要求不断提高，国内动力电池正极材料将向三元材料方向发展，总发展方向为高电压、高能量、高功率和宽温度范围，有业内人士表示，三元电池能量密度提升空间要大于磷酸铁锂，要达到国家对于动力电池的新要求，未来电池正极材料要走三元材料的路线。

【负极材料篇】

理想中的锂离子电池负极材料：

（1）大量Li⁺能够快速、可逆的嵌入和脱出，以便得到高容量密度。

（2）Li⁺嵌入、脱出的可逆性好，立体结构没有或者变化很小。

（3）Li⁺嵌入、脱出过程中，电极电位变化尽量小，保持电压平稳。

（4）具有较好的表面结构，固体电解质中间相稳定、致密。

（5）Li⁺在电极材料中具有较大扩散系数，变化小，便于快速充放电。

负极材料常见分类：

现如今大规模商业化的负极材料只有两大类，那就是石墨类碳材料和LTO。其他负极材料包括Si类，Sn等合金负极材料。

常见负极材料市场应用占比：

资料来源：浙商证券，数据仅供参考

发展趋势：以传统石墨为主，行业集中度继续提高。锂离子电池负极材料未来将向着高容量、高能量密度、高倍率性能、高循环性能等方面发展。而随着石墨资源瓜分完毕，企业间焦点将重新回到技术方面，重点将朝着高比容量、高充放电效率、高循环性能和较低成本的方向发展。

其中碳材料的研究开发相当活跃并在Si/C掺杂和石墨改性、软硬碳和碳纳米材料方面取得了很大的进展，其他材料的研究也为锂离子电池负极材料提供了更多的选择。

其中钛酸锂材料目前也已经商业化使用，其中国内代表性的电池企业就是最近比较火的董小姐收购的珠海银隆和微宏动力了。

LTO材料结构零应变被认为是比碳更安全、寿命更长的负极材料。但是同样的人无完人，物无完物，钛酸锂负极锂离子电池在充放电及储存过程中由于水分，杂质，界面反应等极易发生气胀，未来究竟如何，还需拭目以待！

综述：正负极材料是决定动力电池性能的关键，国内主要正极材料企业以生产磷酸铁锂为主，但有业内人士表示，三元电池能量密度提升空间要大于磷酸铁锂，要达到国家对于动力电池的新要求，未来电池正极材料要走三元材料的路线。目前负极材料依然以传统石墨为主，钛酸锂势头很猛，相信在不久的将来必将突破技术壁垒，至于钛酸锂负极的未来如何，就需要市场去验证了！