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正極材料行業發展概況分析
2016/9/16 10:25:18 來源:中國產業發展研究網 【字體:大 中 小】【收藏本頁】【打印】【關閉】
核心提示:①鈷酸鋰鈷酸鋰自從鋰離子電池商業化以來,一直作為正極材料的主流被應用,其主要技術發展發生在 2000 年前后的高密度化合成工藝,通過提高燒結溫度和增加燒結次數,合成出十幾微米以上的單晶一次晶粒,將鈷酸鋰電極的壓實密度提高到 4.0g/m①鈷酸鋰
鈷酸鋰自從鋰離子電池商業化以來,一直作為正極材料的主流被應用,其主要技術發展發生在 2000 年前后的高密度化合成工藝,通過提高燒結溫度和增加燒結次數,合成出十幾微米以上的單晶一次晶粒,將鈷酸鋰電極的壓實密度提高到 4.0g/m 3 以上。
鈷酸鋰在實際鋰離子電池中受限于較低的工作電壓,主要由于其在更高電壓下結構的不穩定性引起的,過去眾多研究表明,幾乎所有元素的摻雜對鈷酸鋰的此方面性能沒有多少有利影響,因此,導致鈷酸鋰主要運用在小電池,如手機、電腦電池等。
②錳酸鋰
錳酸鋰作為鋰離子電池正極材料的集中研發是在20世紀90年代初日本索尼公司推出商品化的鋰離子電池后,但其在高溫下較不穩定,且在充放電過程中易向尖晶石結構轉變,導致容量衰減過快,高溫循環差的缺點一直限制著該材料在實際鋰離子電池中的使用。90 年代中后期,眾多學者發現采用元素摻雜可有效地改善錳酸鋰的高溫循環,尤其鋁(Al)的摻雜對錳酸鋰高溫電化學性能的改善最為有效,由此也推動了錳酸鋰產業化的進程。
但目前錳酸鋰的技術專利主要掌握在日韓企業手中,如索尼、東芝、AESC、日立等,國內很少可以制備出可供鋰離子動力電池使用的具有良好高溫循環與儲存性能的錳酸鋰材料,因此,國內主要的新能源汽車很少使用該材料。
③磷酸鐵鋰
磷酸鐵鋰在 20 世紀 90 年代,由于被認為是電子絕緣體以及脫嵌鋰過程中的兩相反應導致鋰離子擴散速度等原因而沒有受到重視,但從 21 世紀初,部分學者利用碳包覆技術改善了它的電化學性能后,該材料成為鋰離子電池正極材料研發的熱點和重點。
磷酸鐵鋰具有結構穩定性和熱穩定性高、常溫循環性能優異等特點,并且存在鐵(Fe)和磷(P)的資源豐富、對環境友好等優勢,是最近幾年國內普遍選擇磷酸鐵鋰作為鋰離子動力電池的發展方向。
④三元材料
(1)憑借過去的高速增長,中國成為全球正極材料的主要市場
2014 年中國正極材料同比增長 20.24%,占全球市場的43.77%,雖然相對于 2013 年,所占比重有所下降,但仍為全球正極材料的第一大供應國。
2014年中國正極材料供應量占比的下滑,主要是因為在消費類電池方面,全球主要的鋰離子電池生產商三星SDI和LG化學一直通過采購中國企業的正極材料產品來降低成本,在經歷的持續幾年不斷的壓價之后,中國企業已經難以承受,在這種情況下,他們開始自己生產正極材料,以求進一步降低電池制造成本,由此導致中國正極材料供應量占比的下滑。
2015 年中國正極材料產量為 10.65 萬噸,占全球產量的 47.67%,中國正極材料占比大幅提升,主要源于國內新能源汽車爆發式增長,帶來磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰出貨量的快速增加。
(2)國內外正極材料產品結構有所不同
在國外正極材料市場,國外主要正極材料企業以生產三元材料為主,2015 年鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰等三元材料合計產量為 5.83 萬噸,占比49.87%,其次為鈷酸鋰,2015 年產量為 3.05 萬噸,占比 26.09%,而磷酸鐵鋰產量雖然是各正極材料中增長較快的,同比增長 86.14%,但占比仍較小,為 11.72%。
在中國正極材料市場,國內主要正極材料企業以生產磷酸鐵鋰為主,2015 年產量為 3.58 萬噸,占比 33.62%,且其產量增速也是最快的,為165.19%;其次為鈷酸鋰,2015 年產量為 3.32 萬噸,占比 31.17%;三元材料中,以鎳鈷錳酸鋰為主,國內在鎳鈷鋁酸鋰領域基本上處于空白的狀態。
(3)在國內正極材料市場,下游應用領域不同,產品結構亦有差別
①純電動商用車:以磷酸鐵鋰為主
純電動客車是純電動商用車的主要組成部分,主要分析純電動客車的正極材料使用情況。2015 年 11 月國內純電動客車總產量為 21,804 輛,其中采用磷酸鐵鋰電池的數量為 14,143 輛,占 64.86%的份額,位居第一。
整體而言,出于安全性考慮,目前中國純電動客車以磷酸鐵鋰為主。
②插電式混合動力商用車:以磷酸鐵鋰為主
2015 年,我國插電式混合動力客車的產量超過 24,000 輛,其中采用磷酸鐵鋰電池的車輛占比約為 68%,錳酸鋰占比 24%,多元材料占比 4.8%,三元材料占比 1.8%,鈦酸鋰占比 0.9%,鎳氫動力電池份額較小,約為 0.5%。
③純電動乘用車:以三元材料為主,但安全性仍需重點關注
在純電動乘用車方面,其對電池能量密度要求較高,且未來政策補貼上也與續航里程有關,三元材料的使用量快速增長,由下表可以看到,2015 年推出的大部分純電動乘用車均使用三元材料。
④插電式混合動力乘用車:以磷酸鐵鋰為主
2015年我國共生產插電式混合動力乘用車約64,000輛,其中,采用磷酸鐵鋰的車輛所占份額超過 95%;采用三元材料的車輛不足5%。
(4)未來,新能源汽車的進一步大規模普及還依賴于正極材料性能的提升
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