全球动力锂电池正极材料市场应用情况介绍
来源：宝鄂实业
2019-05-08 22:20
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锰酸锂材料具有资源丰富、成本低、无污染、安全性好、倍率性能好等优点，是理想的动力电池材料，在产业化的进程中需要改善其较差的循环性能及电化学稳定性。
近年来锰酸锂的研究方向主要是改性锰酸锂，通过表面修饰和掺杂改善其性能。锰酸锂材料的技术开发以日韩两国的技术成熟度最高，其锰酸锂产品已达到现阶段电动汽车动力锂电池的使用要求。日产的Leaf纯电动轿车采用了日本AESC公司的锰酸锂离子电池，早期的雪弗兰Volt也采用韩国LG化学的锰酸锂离子电池。
3、三元材料
三元材料〔LiNixCoyM1-x-yO2，M为锰（Mn）或铝（Al），简称“NCM”或“NCA”〕是目前最有前途的动力锂电正极材料之一。工业和信息化部等部门提出到2015年要把动力电池单体的比能量提高到180Wh/kg，模块比能量达到150Wh/kg以上，这些条件磷酸铁锂和锰酸锂均无法满足，而三元材料可以达到要求。与锰酸锂及磷酸铁锂材料相比，三元材料的性能更为平衡，能量密度也更高，其容量高于锰酸锂、同时电压平台高于磷酸铁锂。更重要的是三元材料有丰富的体系组成，可以根据性能需求对材料体系进行调制及选择。
（1）NCM 材料
镍钴锰三元材料（NCM）随着材料中镍（Ni）、钴（Co）、锰（Mn）组成比例的变化，材料的比容量、安全性等诸多性能能够在一定程度上实现可调控。目前在电动汽车上广泛使用的是Ni、Co、Mn比例分别为1∶1∶1或5∶2∶3的（简称NCM111及NCM523材料）体系。
高镍NCM622材料（Ni、Co、Mn比例为6∶2∶2）是目前三元材料研究的热点之一，有望将动力电池的能量密度提升至200Wh/kg。少数国内外领先的正极材料企业重点投入NCM622材料的开发，国内如北京当升材料科技股份有限公司已顺利攻克了NCM622材料安全性能、循环性能、低温性能等多项关键技术，北汽等国内知名车企已开始量产以NCM622材料为电池正极材料的纯电动汽车。
（2）NCA 材料
镍钴铝酸锂三元材料（典型分子式为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2，简称NCA）不仅可逆比容量高，材料成本较低，同时掺铝（Al）后增强了材料的结构稳定性和安全性，进而提高了材料的循环稳定性。NCA材料也是目前研究最热门的三元材料之一。
NCA材料具有优异的性能，如AESC公司为日产（Leaf）、Panasonic公司为美国Tesla、PEVE公司为丰田（Pruisα）等车型提供的动力电池，其正极材料全部或部分为NCA材料。2013年，美国Tesla正是由于动力电池正极材料使用了NCA材料，使汽车续航里程大幅提升，一举成为世界电动汽车领域最耀眼的新星。据报道，Tesla Model S的电池模块总容量高达85kWh，单体电池的能量密度为252Wh /kg，电池模块的能量密度超过150Wh/kg，远高于当前行业80～120Wh/kg的平均水平。
NCA材料的一些性能指标虽然表现优秀，但是材料的制备难度高。这类材料的开发和使用在日韩的先进企业中已经成熟并进入大规模量产阶段。国内生产企业已完成相关技术的初步探索，进行了中试和小批量试产。但由于多种因素的影响，NCA材料未在国内形成批量生产及销售，尚有一些技术问题需要解决。可以预见，随着电动汽车市场的兴起，NCA材料的需求会大幅增加。
（三）动力锂电池正极材料的市场应用情况
1、全球动力锂电池正极材料市场应用情况
目前世界主流电动汽车对动力锂电池正极材料的选择见表3，从全球主流电动汽车的应用情况看，三元材料体系正逐步超越磷酸铁锂和锰酸锂，成为动力锂电池正极材料的主流。
负极表面的SEI膜大致可以认为是电解液的有机溶剂被还原分解所得到的不溶性产物附着在电极表面的结果，不同的负极材料会有一定的差别，但大致认为是有：碳酸锂，烷基酯锂，氢氧化锂等组成，当然也有盐的分解产物，另外还有一些聚合物等。一般认为对于金属锂，负极在首次嵌锂时形成SEI膜，形成电压为1.5V开始（相对于金属锂），在0.8V附近大量形成，到0.2V左右基本完成。另外研究表明，首次嵌锂时为SEI膜形成的主要步骤，后序5周内都有SEI膜的形成过程，但量很少。此外SEI膜并非一成不变，在充放电过程中会有少许的变化，主要是部分有机物会发生可逆的变化。此外不同的电流密度，不同的电极表面所形成的SEI膜的组成少有差别。
正极表面的SEI膜少，以前关注很少，目前好像关注度在上升。有一种观点认为是电解液的氧化产物沉积的结果，另一种观点是由于负极表面的SEI膜部分溶解后在正极表面沉积的结果。相对来说，电解液在正极表面氧化沉积的证据不多，当然也不排除是由于量少而目前的仪器精度无法达到的情况
