中國粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池可以說是目前世界上應用最成熟最廣泛的新能源，如手機電腦等便攜式電子產(chǎn)品，電動汽車，電動工具，儲能項目。特別是當前中國政府和資本瘋狂投資支持新能源汽車和動力電池產(chǎn)業(yè)，這也推動著鋰電材料產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展！
鋰電池附加值較高，而電極材料占成本70%以上，決定著鋰電池的性能。本文簡單介紹一下鋰電池電極材料及其發(fā)展趨勢，望對業(yè)內(nèi)人士有所幫助！
【正極材料篇】
鋰離子電池對正極材料的要求：
比能量高、比功率大、自放電少、價格低廉、使用壽命長，安全性好。
常見的正極材料及其性能比較
磷酸鐵鋰 | 錳酸鋰 | 鈷酸鋰 | 鎳酸鋰 | 鎳鈷錳三元材料 | ||
材料主成分 | LiFePO4 | LiMn2O4 | LiMnO2 | LiCoO2 | LiNiO2 | LiNiCoMnO2 |
理論能量密度（mAh/g） | 170 | 148 | 286 | 274 | 274 | 278 |
實際能量密度（mAh/g） | 130-140 | 100-120 | 200 | 135-140 | 190-210 | 155-165 |
電壓（V） | 3.2-3.7 | 3.8-3.9 | 3.4-4.3 | 3.6 | 2.5-4.1 | 3.0-4.5 |
循環(huán)性（次） | ＞2000 | ＞500 | 差 | ＞300 | 差 | ＞800 |
過渡金屬 | 非常豐富 | 豐富 | 豐富 | 貧乏 | 豐富 | 貧乏 |
環(huán)保性 | 無毒 | 無毒 | 無毒 | 鈷有放射性 | 鎳有毒 | 鈷、鎳有毒 |
安全性能 | 好 | 良好 | 良好 | 差 | 差 | 尚好 |
適應溫度℃ | -20~75 | ＞50快速衰減 | 高溫不穩(wěn)定 | -20~55 | N/A | -20~55 |
鋰電材料生產(chǎn)工藝流程：
其中粉碎分級設備處在流程的末端，對最終產(chǎn)品的性能影響很大，因此電極材料的加工是一個重要環(huán)節(jié)，電池正極材料生產(chǎn)線中粉碎階段國內(nèi)常見的幾種生產(chǎn)工藝：
優(yōu)點：產(chǎn)品純度最高，粉碎過程中攝入金屬等雜質(zhì)最低
設備故障率低，生產(chǎn)安全性和穩(wěn)定性高。
缺點：耗能高
氣流粉碎機串聯(lián)分級機原理圖：
機械粉碎機：
優(yōu)點：粒形較好，耗能較低
缺點：陶瓷內(nèi)襯和磨塊易碎，存在安全隱患。
高速碰撞和剪切粉碎方式容易帶入雜質(zhì)。
機械磨配分級機原理圖：
正極材料電鏡掃描圖：
目前正極材料主要集中在中、日、韓三國。正極材料行業(yè)形成寡頭壟斷的局面，日韓企業(yè)在技術水平和工藝控制上實力較強，而中國雖然有200多家正極材料生產(chǎn)企業(yè)，但廠家產(chǎn)品同質(zhì)化嚴重，毛利率低于10%，其中磷酸鐵鋰的產(chǎn)能過剩最為嚴重。目前國外主要正極材料企業(yè)以生產(chǎn)三元材料為主，國內(nèi)主要正極材料企業(yè)以生產(chǎn)磷酸鐵鋰為主，中國企業(yè)扎推于中低端市場的同時，高端產(chǎn)品供應不足。
發(fā)展趨勢：目前市場上主流新能源汽車的動力電池正極材料的選擇以三元材料、錳酸鋰和磷酸鐵鋰為主。在動力電池領域，磷酸鐵鋰正極材料擁有超長的循環(huán)壽命、極好的安全性能、較好的高溫性能和相對低廉的價格，并且磷酸鐵鋰材料其低溫性能和倍率放電已經(jīng)可以達到鈷酸鋰的水平，但由于能量密度的缺陷，同時其產(chǎn)品一致性和低溫性能差，正在逐步被三元材料取代。
而隨著動力電池對于功率和能量密度要求不斷提高，國內(nèi)動力電池正極材料將向三元材料方向發(fā)展，總發(fā)展方向為高電壓、高能量、高功率和寬溫度范圍，有業(yè)內(nèi)人士表示，三元電池能量密度提升空間要大于磷酸鐵鋰，要達到國家對于動力電池的新要求，未來電池正極材料要走三元材料的路線。
【負極材料篇】
理想中的鋰離子電池負極材料：
（1） 大量Li+能夠快速、可逆的嵌入和脫出，以便得到高容量密度。
（2） Li+嵌入、脫出的可逆性好，立體結構沒有或者變化很小。
（3） Li+嵌入、脫出過程中，電極電位變化盡量小，保持電壓平穩(wěn)。
（4） 具有較好的表面結構，固體電解質(zhì)中間相穩(wěn)定、致密。
（5） Li+在電極材料中具有較大擴散系數(shù)，變化小，便于快速充放電。
負極材料常見分類：
現(xiàn)如今大規(guī)模商業(yè)化的負極材料只有兩大類，那就是石墨類碳材料和LTO。其他負極材料包括Si類，Sn等合金負極材料。
常見負極材料市場應用占比：
資料來源：浙商證券，數(shù)據(jù)僅供參考
發(fā)展趨勢：以傳統(tǒng)石墨為主，行業(yè)集中度繼續(xù)提高。鋰離子電池負極材料未來將向著高容量、高能量密度、高倍率性能、高循環(huán)性能等方面發(fā)展。而隨著石墨資源瓜分完畢，企業(yè)間焦點將重新回到技術方面，重點將朝著高比容量、高充放電效率、高循環(huán)性能和較低成本的方向發(fā)展。
其中碳材料的研究開發(fā)相當活躍并在Si/C摻雜和石墨改性、軟硬碳和碳納米材料方面取得了很大的進展，其他材料的研究也為鋰離子電池負極材料提供了更多的選擇。
其中鈦酸鋰材料目前也已經(jīng)商業(yè)化使用，其中國內(nèi)代表性的電池企業(yè)就是最近比較火的董小姐收購的珠海銀隆和微宏動力了。
LTO材料結構零應變被認為是比碳更安全、壽命更長的負極材料。但是同樣的人無完人，物無完物，鈦酸鋰負極鋰離子電池在充放電及儲存過程中由于水分，雜質(zhì)，界面反應等極易發(fā)生氣脹，未來究竟如何，還需拭目以待！
綜述：正負極材料是決定動力電池性能的關鍵，國內(nèi)主要正極材料企業(yè)以生產(chǎn)磷酸鐵鋰為主，但有業(yè)內(nèi)人士表示，三元電池能量密度提升空間要大于磷酸鐵鋰，要達到國家對于動力電池的新要求，未來電池正極材料要走三元材料的路線。目前負極材料依然以傳統(tǒng)石墨為主，鈦酸鋰勢頭很猛，相信在不久的將來必將突破技術壁壘，至于鈦酸鋰負極的未來如何，就需要市場去驗證了！
