年产1万吨锂电池三元正极材料项目
可行性报告
贵州贵阳
2016年8月
1 总论
1.1 概述
1.1.1 项目提出的背景
20世纪是人类发展最为快速的一个世纪，各种高新技术的出现和应用给人们的生活带来了巨大的便利。然而，伴随这种高速发展的是能源的严重消耗，污染的加剧以及全球灾难性气候变化的屡屡出现，这已经严重危害到人类的生存环境和健康安全。全世界已探明的化石燃料（煤、石油、天然气）的贮量在不久以后将会枯竭。为了缓解环境与能源压力，探索新型的能源模式已成为21世纪必须解决的重大课题。
电池的出现是人们在寻找清洁能源过程中一个里程碑式的事件。电池的最大特点是在提供能源的高效率转化时，能够实现原料的“零排放”，从而减少对原材料的损耗，达到最优化的利用地球上有限的自然资源，实现社会的和谐发展的目的。由此可见电池材料对解决今后的能源危机及其所造成的环境污染起着关键的作用，而锂电池则是能实现高效能量储存与能源转换的储能设备而得到社会的广泛认可。锂电池是通常使用的锂离子电池的俗称，锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正负极，依靠Li+在正负极之间移动来实现充放电的二次电池。
锂离子电池的研究开始于20世纪80年代，20世纪90年代初日本索尼公司推出了第一代锂离子电池并进行了商业化生产。随着现代社会的不断发展和生活水平的逐渐提高，笔记本电脑、手机等数码产品在人们日常生活中的使用越来越频繁。据统计，2015年全球笔记本电脑销量已达到1.644亿台。从2010年开始，我国笔记本电脑市场需求增速明显，2015年1~10月我国笔记本电脑累计产量为14711.95万台。同时，使用手机的人数也大幅增长。截至2015年底，全球手机用户数达到71亿，手机信号已覆盖全球超过95%的人口，其中我国移动电话用户13.06亿户。2015年全球智能手机用户比例首次超过全球人口的四分之一，达到19.1亿，到2016年全球智能手机用户数量将超过20亿，而到2018年，全球三分之一的消费者将是智能手机用户，总数超过25.6亿人。2018年智能手机用户指数代表了全球移动手机用户的一半，这意味着功能手机将成为电子通讯领域的少数派。
如今，锂离子电池以其轻巧、电容量大、寿命长等优点，很快占领市场并且用量越来越大。除笔记本电脑、手机、便携电源、摄像机、便携式测量仪器、小型医疗仪器等小型轻量化电子装臵及电动玩具、电动剃须刀等日用电器中已被广泛应用外，锂离子电池还广泛应用于电动工具、电动汽车、储备电源、军用电源等多种新兴领域。
国外专家指出，在21世纪里，电池将成为最有发展前途的十大支柱产品中排名第二的能源产业。
1.1.2 项目投资的必要性和建设意义
锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐。作为绿色环保的二次储存能源，锂离子电池具有轻便、移动、高能量、绿色环保等优势。但随着电子信息技术的快速发展，通讯基站、视听设备，工业仪器、医疗器械、手机、笔记本电脑、电动工具、电动自行车乃至电动汽车对锂电池需求量的不断增加，对锂离子电池的能量密度、循环次数、安全性能、生产成本等综合性能也提出了更高的要求。生产品质优良、适销对路的锂离子电池材料，是各生产厂家的必然选择。因此无论是提高能源利用效率、减少不可再生资源消耗还是开发新能源，都与材料产业的创新发展密不可分。正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。
目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。其中，钴酸锂（LiCoO2）制备工艺简单，充放电电压较高，循环性能优异而获得广泛应用。但是，因钴资源稀少、成本较高、环境污染较大和抗过充能力较差，其发展空间受到限制。镍酸锂（LiNiO2）比容量较大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差。锰酸锂除了尖晶石结构的LiMn2O4外，还有层状结构的LiMnO2。其中层状LiMnO2比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在Jahn-Teller效应而循环性能较差。尖晶石结构的LiMn2O4工艺简单，价格低廉，充放电电压高，对环境友好，安全性能优异，但比容量较低，高温下容量衰减较严重。磷酸铁锂属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，但存在放电电压低（3.4V）、振实密度与压实密度低等性能上的缺点。
上述几种正极材料的缺点都制约了自身的进一步应用，因此寻找新的正极材料成了研究的重点。
本项目产品三元正极材料正是这种新型锂离子电池正极材料。
三元正极材料是指镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2），是一种层状镍钴锰三元复合正极材料，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而来，产品为黑色粉末，其含有镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，在一定程度综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的优势，提高材料的导电并改善充放电循环性能，弥补不足，改善了材料性能。
三元料优点是三元锂电池能量密度高，循环性能好，并且，随着配方的改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。因此，资源丰富、价格低廉、合成容易、环保无毒和绿色的三元材料成为下一代动力电池材料的首选，被认为是最有可能取代目前商用钴酸锂的新型正极材料，是现今锂离子电池研究的一大热点。
三元材料与其它正极材料相比综合性能最具优势，比钴酸锂价格低，安全性好，比锰酸锂循环性能好，比磷酸铁锂电压高，既可用于手机、笔记本电脑用小型锂电池，也可用于电动车用大型动力锂电池，市场潜力巨大。通过对锂电池及其需求市场以及各种正极材料的应用前景的分析，三元材料将成为正极材料的主流，发展空间巨大。
1.1.3 本项目建设的有利条件
正极材料行业是技术加资源的竞争，从电池产业发展特点及产业链特征方面看，本项目建设地具有发展锂电池正极材料产业的良好条件。
（1）符合产业政策和行业发展规划
锂离子电池三元正极材料在现代工业和科学技术中发挥着举足轻重的作用，是支持和促进社会发展的关键材料，国家和地方政府均予以积极的发展扶持。根据国家发改委颁布的《产业结构调整指导目录（2011年本）》（2013年修订）“鼓励类”产业“十九、轻工”中的“第17条”为“锂离子电池用磷酸铁锂等正极材料、中间相炭微球和钛酸锂等负极材料“，本项目属于锂离子电池最新型正极材料的生产，因此符合国家最新产业结构调整指导目录，属于鼓励类。
本项目建设除符合国家产业政策外，也符合政府和相关部门近年来不断下发的各文件精神。如国家《新材料产业“十二五”发展规划》将“先进储能材料、光伏材料产业化取得突破，基本满足新能源汽车、太阳能高效利用等需求”确定为工程目标，并将“组织开发高效率、大容量（≥150mAh/g）、长寿命（大于2000次）、安全性能高的磷酸盐系、镍钴锰三元系、锰酸盐系等锂离子电池正极材料，新增正极材料产能45万吨/年，着力实现自主化…”确定为目标规划的主要内容。本项目产品属于该“十二五“规划中重点发展的锂离子正极材料，符合规模要求。
《国务院关于印发节能与新能源汽车产业发展规划（2012-2020年）的通知》（国发…2012?22号）指出：“加快培育和发展节能汽车与新能源汽车，既是有效缓解能源和环境压力，推动汽车产业可持续发展的紧迫任务，也是加快汽车产业转型升级、培育新的经济增长点和国际竞争优势的战略举措。为落实国务院关于发展战略性新兴产业和加强节能减排工作的决策部署，加快培育和发展节能与新能源汽车产业。”《通知》还明确提出：“加快研制动力电池正负极、隔膜、电解质等关键材料及其生产。”
此外，近年来国家颁布的一系列与锂电池正极材料行业相关的政策文件，如《电动自行车用锂离子电池产品规格尺寸》、《电池行业清洁生产实施方案》、《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》、《分离膜行业“十二五”发展指南》、《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点通知》等，均对支持与鼓励锂电池及三元材料等的需求产生有效拉动。2015年2月16日，科技部发布了《国家重点研发计划新能源汽车重点专项实施方案(征求意见稿)》，其中明确要求了2015年底轿车动力电池能量密度要达到200Wh/kg。一时间，更是让无数人将目光投向了三元材料。
近几年来，中央深入推进西部大开发战略，加大了对西部地区新能源、新材料产业发展的支持力度。《国务院关于中西部地区承接产业转移的指导意见》（国发…2010?28号）指出“发挥国家级经济技术开发区、高新技术产业开发区的示范带动作用，承接发展电子信息、生物、航空航天、新材料、新能源等战略性新兴产业。鼓励有条件的地方加强与东部沿海地区创新要素对接，大力发展总部经济和研发中心，支持建立高新技术产业化基地和产业“孵化园”，促进创新成果转化。
（2）能源供应充足、公用工程设施完善
本项目建设地电力供应充足，公用工程设施完善。其他水气等公用工程设施完善，为本项目发展高能电池材料产业提供了充分的能源保障。
（3）区位交通便利
贵安新区位于全国“两横三纵”城市化战略格局包昆通道纵轴南部，北接成渝都市群，南望东盟自由贸易区，处于西南出大海大通道的中间位臵，是连接大西南与泛珠三角的枢纽区域。境内沪昆高铁、贵广高速等快速通道横贯全境，使整个西南地区进入贵安新区辐射半径，三小时通达贵州周边省会，六小时抵达出海港口；东西两侧分别有龙洞堡国际机场和黄果树支线机场，使贵安新区成为连接东南亚、南亚和长三角、京津冀之间的重要航空枢纽。
综上所述，本项目建设符合国家产业政策及省市鼓励、支持战略性新兴产业发展的产业政策，具备良好的外部和内部投资环境条件。
本项目三元正极材料的大规模生产将对国际、国内锂离子电池产业及新能源汽车产业的发展起到巨大的促进作用，也将为本地区新材料产业的发展起到示范作用。
1.2.1 项目在经济上可行
本项目总投资为58362万元（按全额流动资金计），其中建设投资27026万元，建设期利息539万元，全额流动资金30797万元（其中铺底流动资金9239万元）。
当原料前驱体材料按70000元/吨、锂盐按160000元/吨（含税价）计价时，年总成本费用估算平均值为155074万元；当产品622型三元正极材料的出厂价格按180000元/吨（含税价）计算，年均含税营业收入为177429万元，年均营业税金及附加为6391万元（其中增值税为5706万元）。项目投资内部收益率为37.56%（税前），税前静态投资回收期4.21年（含建设期），总投资收益率29.66%，项目在经济上可行。
1.2.2 项目抗风险能力
本项目盈亏平衡点为50.76%（生产期平均），抗市场风险能力较强。
1.2.3 存在问题和建议
本项目产品市场较好，建议尽快立项建设。
附：综合技术经济指标表
表1-2 综合技术经济指标
2 市场分析
2.1 锂电池概述
2.1.1 锂离子电池发展简史
在所有元素中，锂是自然界中最轻的金属元素，同时具有最负的标准电极电位（-3.045V vs SHE）。这些特点使得锂具有很高的能量密度，其理论比容量达到3860Ah/kg。
锂电池大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。习惯上，人们把锂离子电池也称为锂电池，但这两种电池是不一样的。锂金属电池一般是使用二氧化锰为正极材料、金属锂或其合金金属为负极材料、使用非水电解质溶液的电池；而锂离子电池一般是使用锂合金金属氧化物为正极材料、石墨为负极材料、使用非水电解质的电池。
1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出并研究。20世纪70年代时，M. S. Whittingham提出并开始研究锂离子电池。由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高。所以，锂电池长期没有得到应用。但随着科学技术的发展，随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，并逐步向其他产品应用领域发展。现在锂离子电池已经成为了主流，并且已成为目前新一代动力电源的发展方向。
2.1.2 锂离子电池的组成
锂离子电池的性能主要取决于所用电池内部材料的结构和性能。这些电池内部材料包括正极材料、负极、电解质、隔膜和以及电池壳等部分组成。正极材料在电池成本中所占比例约为40%，电解液和隔膜的成本占比分别约为10%和15%。正、负极材料的选择和质量直接决定锂离子电池的性能与价格。由于正极材料的密度远高于负极材料，因此正极材料的比容量对电池比能量的影响更大，正极材料对于锂电池的能量密度、安全性、循环寿命等尤其起着决定性作用，其技术发展尤为关键。
2.1.3 锂离子电池的发展
锂离子电池具有比能量高、比功率大、使用寿命长、工作范围宽等特点，除笔记本电脑、手机、便携电源、摄像机、便携式测量仪器、小型医疗仪器等小型轻量化电
子装臵及电动玩具、电动剃须刀等日用电器中已被广泛应用外，锂离子电池还广泛应用于电动工具、纯电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车、储备电源、军用电源等多种新兴领域。
近十年来，在各国政府的支持与推动下，锂离子电池的技术迅速发展，其产业化也正在向前推进。目前，作为纯电动汽车独立驱动电源，锂电子电池的比容量不断得到提高，作为混合动力汽车和燃料动力汽车辅助电源，锂离子电池在性能、寿命、安全性等方面也符合要求。
2.2 锂电池三元正极材料概述
2.2.1 锂电池正极材料性能比较
在锂离子电池中，正极材料是锂离子最直接的提供者。目前主流的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂（LCO）、镍酸锂（LNO），尖晶石结构的锰酸锂（LMO）和橄榄石结构的磷酸铁锂（LFP）以及三元材料（主要包括镍钴锰酸锂NCM和镍钴铝酸锂NCA两种）等。就能量密度、成本、安全性、热稳定性和循环寿命来看，它们各有千秋，这也导致动力锂电池正极材料技术路线出现分化。
表2-1 各种常用的锂离子电池正极材料的性能比较
从能量密度上讲，锰酸锂好于磷酸铁锂，镍钴锰多元材料NCM又好于锰酸锂，。钴酸锂循环寿命长，能够快速放电，但Co是贵重金属，全球含量有限、价格昂贵，目前钴酸锂已越来越不能适应市场，因此国内许多钴酸锂企业正积极向三元材料转
型。
磷酸铁锂电池的特色是不含钴等贵重金属，原料价格低及磷、铁存在于地球的资源含量丰富，不会有供料问题，其工作电压适中、高放电功率、可快速充电且循环寿命长，且安全性能好，不会因为过充、温度过高、短路、撞击而发生爆炸或燃烧，环境友好，在高温与高热环境下的稳定性高。但磷酸铁锂存在一些性能上的缺陷，如振实密度与压实密度很低，导致锂离子电池的能量密度较低；材料的制备成本与电池的制造成本较高，电池成品率低，一致性差。此外，据长期关注锂电行业发展的专家观察，目前国内磷酸铁锂前途堪忧，因其技术进步跟锰酸锂（包括三元材料）的技术进步相比，其差距不是在缩小，而是在拉大。现在电动汽车方面对磷酸铁锂基本上是退出的，锰酸锂系列三元材料更合适。
2.2.2 三元材料技术发展与现状
三元是指锂电池一种正极材料名称。三元材料则是三元材料做正极的电池，其正极是三元材料、负极是石墨的电池即是通常说法中的“三元动力电池”。还有一种正极是三元、负极是钛酸锂的，通常被称为“钛酸锂”，其性能比较安全，寿命比较长。
正极三元材料是镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料，里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。三元材料优点是三元锂电池能量密度高，循环性能好于正常钴酸锂。目前，随着配方的改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。
目前商业化三元系列材料（LiNi x Co y Mn z O2）包括LiNi1/3Co1/3Mn1/2O2、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2。
自1999年Liu等首次报道了层状的镍钴锰三元过渡金属复合氧化物，该氧化物为LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2共熔体，具有LiCoO2的良好循环性能、LiNiO2的高比容量和LiMnO2的安全性，2001年T.Ohzuku等首次合成了具有优良性能的层状NaFeO2结构的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2，镍钴锰三元复合材料的研究因此受到特别关注。层状镍钴锰三元复合材料一定程度综合了LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2的优势，提高材料的导电并改善充放电循环性能，弥补不足，改善了材料性能，降低了成本。
因此，资源丰富、价格低廉、环保无毒和绿色的三元材料以及磷酸铁锂为代表的新型正极材料成为下一代动力电池材料的首选。
2.3 锂电池正极材料生产和市场现状
2.3.1 锂离子电池主要应用领域
锂离子电池应用领域主要有以下几个方面：
（1）便携电源：在摄像机、随身听、移动电话、笔记本电脑、便携式测量仪器、小型医疗仪器等小型轻量化电子装臵及电动玩具、电动剃须刀等日用电器中已被广泛应用；
（2）储能电源：随着世界能源日趋紧张，太阳能、风能、潮汐能的开发相继问世，这些清洁能源有一个共同特点，即动力来源在时间上不连续，因而必须在其高峰期将所发的电能储存下来，以便低峰时使用，因此大容电量的“二次电池”便成为清洁能源的重要组成部分之一；
（3）动力电源：大容量的二次电池已成为电动汽车的理想动力源，特别是磷酸铁锂正极材料的运用，使电动汽车进入市场的脚步已越来越快，由于安全性能得到了保证，动力型锂电池在航空、航天、航海中将会有广泛的应用前景；
（4）军用电源：现代化战争由机械化→自动化→信息化→向信息中心战的方向发展，其中哪一个阶段都少不了电源，军用电源的便携性、能量密度高低、寿命、可靠性是军事通讯设备、侦察设备、制导兵器、军用计算机所用电源必须的要求，特别是前线作战部队，由于受到大范围机动、高速推进、能利用的运载交通工具有限，主要依靠便携能源。电池作为“信息中心战”中的信息采集、信息处理、信息传输的动力源，也已成为部队作战能力的重要标志之一。目前，锂离子电池除了用在军事通讯外，也用在一些武器系统中，如美国、德国、英国研制的单兵系统，日本正在建造电动潜艇中均采用了锂离子电池为动力电源。
2.3.2 国内外锂电池行业生产和市场现状
2.3.2.1 国内外锂电池生产和市场现状
图2-1 2011~2015年全球锂离子电池产量及不同类型电池占比示意图由上图可见，2015年，全球锂离子电池总体产量达到100.75GWh，同比增长39.45%。从不同类型电池来看，小型电池占比已经由2011年的97.04%下降到2015年的66.28%；得益于新能源汽车产业，动力电池占比已经上升到2015年的28.26%，成为锂电池重要组成部分。
图2-2 2011~2015年中国锂离子电池产量及不同类型电池占比示意图由上图可见，2015年，中国锂离子电池总体产量达到47.13GWh，同比大幅度增长54.78%。得益于动力电池出货量的快速增长，中国锂离子电池产量全球占比上升至
46.78%，动力电池在整个锂离子电池中的比重快速上升，由2014年的19.38%上升到2015年2015年的36.07%。
根据国家统计局数据，2015年全国电池行业累计完成销售收入4474亿元，同比增长5%。主要产品是锂电池企业收入2030亿元，占到行业45%；镍氢电池行业收入430亿元，占到10%；其他电池行业占到45%。其中锂电池行业的收入增速20%是最高的，考虑到锂电池的用量中仍有大部分是手机等饱和类的电子产品使用，锂电池企业收入2030亿元中包括有产业链的电池上游企业数据，初步估计其中有1000亿元的锂电池成品销售收入，汽车占200多亿元的销售收入，占锂电池产量的近30%。2015年新能源汽车爆发式增长对锂电的拉动效果较强，锂电池企业的利润增长远高于镍氢电池企业和铅酸电池企业的盈利。
2.3.2.2 国内外锂电池产业竞争格局
图2-3 目前国际锂离子电池竞争格局示意图
目前全球锂离子电池产业小型电池领域内，竞争格局相对稳定，SDI、LGC、Pana、Sony和ATL前五家合计市场份额为55.1%；中大型电池领域内，BYD得益于国内新能源汽车的爆发式增长，已经成为全球最大的动力锂电池企业，2015年的市场份额高达14%，动力电池的竞争格式尚未成型，未来将存在较大的变化空间。具体各厂家所占锂离子电池市场份额见上图2-3所示。
图2-4 2015年全国锂电池行业产量地区占比情况
据中商情报网讯资料，2015年中国锂离子电池产量559778.36万只。2015年锂离子电池产量前十的省市分别是广东、江苏、福建、天津、江西、浙江、湖北、上海、云南和山东。前三省份锂离子电池的产量占据全国产量的68.2%。其中，广东锂离子电池产量就达到236433.08万只，占全国锂离子电池产量的42.24%，成为全国锂离子电池产量最高的地区。
2.3.2.3 新能源汽车及动力电池未来三年预测
我国动力锂离子电池目前正处于发展期。目前各汽车行业对于锂电及其它新能源的研发都给予了高度重视，据统计，国内至少有30 家客车企业已涉足新能源车研发；轿车方面，六大汽车集团（上汽、一汽、东风、长安、广汽、北汽）以及万向、奇瑞、吉利、比亚迪、众泰等都争相研发新能源车，企业数量总计超过40 家。
未来新能源汽车替代传统汽车趋势将成为必然，动力锂电池作为新能源汽车的“心脏”，将催生庞大的产业经济效应，对电池原材料供应商和厂商来说都是巨大的商业机遇。
新能源汽车主要指纯电动汽车（EV）、混合电动汽车（HEV）和燃料电池汽车（PEV）三类，其中涉及使用锂离子电池的主要是纯电动汽车与混合电动汽车两大类。
根据Avicenne 公司的调查研究，随着可外接充电式混合动力电动车（HEV、P-HEV、EV）的迅速崛起，锂离子电池在新能源汽车领域的使用将面临着一个爆发式的增长。我国节能汽车、新能源汽车的发展将分两步走：2011年至2015年，发展节能汽车，2016年至2020年，将传统汽车的燃油经济性提高至国际先进水平，大规模
普及混合动力（油电、气电混合动力）汽车。
2015年，由于国内新能源汽车突然爆发式增长，导致动力电池出现供不应求，尤其是在2015年下半年，大量整车厂排队购买电池。动力电池的供不应求及对未来新能源汽车行业的整体看好，现有动力电池企业均开始大规模投资，按照1年的投资建设期，预计2016年下半年内将有大量产能释放，届时我国电池产能将会出现总体平衡，但优质电池产能将会持续紧张。
表2-2 我国动力电池产能情况一览表
2011~2015年全球新能源汽车产量及比重情况见下图2-5所示。
图2-5 2011~2015年全球新能源汽车产量及比重示意图据统计，2015年，全球新能源汽车实现产量69.19万辆，同比增长97.9%；中国市场的增长更是走出预期，达到37.89万辆，在全球新能源汽车产量的比重由2014年的24.01%上升到2015年的54.76%，成为全球最重要的新能源汽车生产和销售国。
国内新能源商用车增长明显，乘用车全球占比增速明显。预计2016年，中国新能源汽车产量将达到56.7万辆，其中增长点来自于乘用车和物流车等领域。相应的汽车电池产量在2016年将达到33.4Gwh，其中三元（NCM）电池将大量应用在乘用车上，磷酸铁锂（LFP）电池将更多的用在客车等领域，到2018年预计NCM电池将超过LFP电池。
未来几年中国新能源汽车及动力电池产量预测见下图2-6所示。
图2-6 中国新能源汽车及动力电池产量预测图
2.3.3 国内外锂电池正极材料生产和市场现状
2.3.3.1 国际上锂电池正极材料生产和市场现状
正极材料决定了锂电池的能量密度、寿命和安全性等指标，占锂电池的成本高达40%以上。国际正极材料产业主要分布在日、中、韩。动力电池领域，中国以磷酸铁锂（LFP）为主，国外为锰酸锂（LMO）和镍钴锰酸锂（NCM）；3C领域则百花齐放，包括钴酸锂（LCO）、镍钴锰酸锂（NCM）、镍钴铝酸锂（NCA）、磷酸铁锂（LFP）和锰酸锂（LMO）。
表2-3 主要电池企业原材料供应关系一览表
图2-7 2011~2015年全球及国内正极材料产量统计示意图
图2-8 全球正极材料市场份额
由上图2-7可见，2015年全球正极材料产量为22.34万吨，中国正极材料产量为10.65万吨。全球市场NCM和NCA增幅明显，LFP的增长主要来自于中国市场，LCO 和CMO增幅平稳。而中国市场LFP大幅增长，NCM也保持了较快的增速，LCO平稳增长，而LMO同比下滑。
但在国际市场上，锂电正极材料依然形成寡头垄断的局面，其中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LFP产能过剩最为严重，整体产能利用率低于10%，大部分企业亏损。目前中国出口日韩的正极材料中，只有钴酸锂材料享受13%
的出口退税，并且这13%的出口退税基本是钴酸锂的利润来源。国内出口的钴酸锂基本上以成本线甚至低于成本的价格来获得相对竞争优势，再靠出口退税获得微薄利润。其它正极材料包括锰酸锂和磷酸铁锂均不享受出口退税，经营艰难。
2.3.3.2 国内锂电池正极材料生产和市场现状
2015年中国正极材料产量为10.65万吨。随着新能源汽车等应用市场的高速增长，其发展步伐加快，新一轮的动力电池产业链投资已成为热潮。而作为动力电池的核心原材料，正极材料自然成为这轮投资热潮的一大亮点。
电池新材料领域由于技术进入门槛高，投资收益高、持续时间长，成为企业尤其是上市公司扩大利润来源、提升业绩的渠道之一。因而，进入锂电池正极材料行业的大企业比较多。
国内正极企业更多是在为未来全球动力电池产能转移到中国做市场布局。中国具有良好的硬件基础，如廉价的原材料成本以及一定的技术底蕴，同时中国巨大的需求空间使得产业升级的动力十足。动力电池产能向中国转移趋势明确。三星SDI在合肥、天津和西安等地选址建设动力电池后端工艺和PACK生产线。预计随着正极材料技术集成度的不断提高以及动力电池在大陆的快速发展，大部分不具备核心竞争力的正极材料企业将逐步退出，国内非常有希望涌现出3~5家龙头企业。
在下游应用市场利好不断的背景下，正极材料产业正处于技术升级和产品更新换代的关键阶段。到目前，中国正极材料在全球市场中约占到30%的份额，仍具有小幅提升的潜力。而之前，我国新能源汽车生产普遍使用磷酸铁锂电池。按照2013年的统计数据，国内80%的动力电池正极材料依然是LFP，但是随着以特斯拉为代表的国外新能源汽车让三元锂电池在市场上越来越受重视，国内很多新能源汽车企业也开始推出使用三元锂电池的车型。三元材料进入了中国电池的选择范围，2015年三元材料在正极材料使用中占比达到26%左右。
事实上，这两种电池究竟哪种更加适合新能源汽车，多年来一直是业内争议的话题。据公开研究资料显示，相比三元锂电池，磷酸铁锂电池的体积更大、成本更高、能量密度偏低，这意味着采用这种电池的新能源汽车成本会更高，续航里程也更短。
年产1万吨锂电池三元正极材料项目 可行性报告 贵州贵阳 2016年8月
1 总论 1.1 概述 1.1.1 项目提出的背景 20世纪是人类发展最为快速的一个世纪，各种高新技术的出现和应用给人们的生活带来了巨大的便利。然而，伴随这种高速发展的是能源的严重消耗，污染的加剧以及全球灾难性气候变化的屡屡出现，这已经严重危害到人类的生存环境和健康安全。全世界已探明的化石燃料（煤、石油、天然气）的贮量在不久以后将会枯竭。为了缓解环境与能源压力，探索新型的能源模式已成为21世纪必须解决的重大课题。 电池的出现是人们在寻找清洁能源过程中一个里程碑式的事件。电池的最大特点是在提供能源的高效率转化时，能够实现原料的“零排放”，从而减少对原材料的损耗，达到最优化的利用地球上有限的自然资源，实现社会的和谐发展的目的。由此可见电池材料对解决今后的能源危机及其所造成的环境污染起着关键的作用，而锂电池则是能实现高效能量储存与能源转换的储能设备而得到社会的广泛认可。锂电池是通常使用的锂离子电池的俗称，锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正负极，依靠Li+在正负极之间移动来实现充放电的二次电池。 锂离子电池的研究开始于20世纪80年代，20世纪90年代初日本索尼公司推出了第一代锂离子电池并进行了商业化生产。随着现代社会的不断发展和生活水平的逐渐提高，笔记本电脑、手机等数码产品在人们日常生活中的使用越来越频繁。据统计，2015年全球笔记本电脑销量已达到1.644亿台。从2010年开始，我国笔记本电脑市场需求增速明显，2015年1~10月我国笔记本电脑累计产量为14711.95万台。同时，使用手机的人数也大幅增长。截至2015年底，全球手机用户数达到71亿，手机信号已覆盖全球超过95%的人口，其中我国移动电话用户13.06亿户。2015年全球智能手机用户比例首次超过全球人口的四分之一，达到19.1亿，到2016年全球智能手机用户数量将超过20亿，而到2018年，全球三分之一的消费者将是智能手机用户，总数超过25.6亿人。2018年智能手机用户指数代表了全球移动手机用户的一半，这意味着功能手机将成为电子通讯领域的少数派。
三元系锂电池正极材料研究现状 摘要：综述了近年来锂离子电池层状Li一Ni一Co一Mn一O正极材料的研究进展，重点介绍了正极材料LiNil/3Col/3Mnl/3O其合成方法电化学性能以及掺杂、包覆改性等方面的研究结果。 三元系正极材料的结果 LiMnxCoyNi1 - x - yO2具有α-2NaFeO2层状结构。Li原子占据3a 位置,Ni、Mn、Co 随机占据3b位置,氧原子占据6c位置。其过渡金属层由Ni、Mn、Co 组成,每个过渡金属原子由6 个氧原子包围形成MO6 八面体结构,而锂离子嵌入过渡金属原子与氧形成的(MnxCo yNi1 - x - y ) O2 层之间。在层状锂离子电池正极材料中均有Li+ 与过渡金属离子发生位错的趋势,特别是以结构组成中有Ni2 + 存在时这种位错更为突出。抑制或消除过渡金属离子在锂层中的位错现象是制备理想α-2NaFeO2结构层状正极材料的关键，在LiMnxCo yNi1 - x - y O2 结构中, Ni2+ 的半径( rNi2 + =0.069nm)与Li + 的( rLi + = 0. 076nm) 半径接近,因此晶体结构会发生位错,即过渡金属层中的镍原子占据锂原子3a 的位置,锂原子则进驻3b 位置。在Li+ 层中,Ni2+的浓度越大,则Li +在层状结构中脱嵌越困难,电化学性能越差。而相对于LiNiO2及LiNi xCo1–x-y O2 ,LiMnxCoyNi1 - x - y O2 中这种位错由于Ni 含量的降低而显著减少。同时由于Ni2 + 的半径( rNi2 + =0. 069nm) 大于Co3+ ( rCo3+ = 0. 0545nm) 和Mn4 + ( rMn4 + =0. 053nm) ,LiMnxCo yNi1 - x - yO2 的晶格常数有所增加。 由于充分综合镍酸锂的高比容量、钴酸锂良好的循环性能和锰酸锂的
锂离子电池三元正极材料的研究进展 2009年09月01日作者：丁楚雄／孟秋实／陈春华来源：《化学与物理电源系统》编辑：樊晓琳 摘要：本文综述了锂离子电池正极材料层状三元过渡金属氧化物 Li-Ni-Co-Mn-O的研究进展，讨论了三元材料的结构特性与电化学反应特征，重点介绍了三元材料的制备方法和掺杂、表面修饰等改性手段，并分析了三元材料目前存在的问题和未来的研究重点。 关键词：锂离子电池；Li-Ni-Co-Mn-O；层状结构；制备方法；改性 Abstract: The research progress of the ternary transition metal oxides LiNi1-x-yCoxMnyO2 as layered cathode materials for lithium ion batteries is reviewed. The structure and electrochemical performances of the materials are discussed. Various synthesis methods, doping and surface-modification approaches are introduced in detail. Finally, the current main problems and further research trend of the materials are pointed out. Key words: lithium ion battery; cathode; layered structure; synthesis methods; modification 1、引言 锂离子电池因其电压高、能量密度高、循环寿命长、环境污染小等优点倍受青睐[1, 2]，但随着电子信息技术的快速发展，对锂离子电池的性能也提出了更高的要求。正极材料作为目前锂离子电池中最关键的材料，它的发展也最值得关注。 目前常见的锂离子电池正极材料主要有层状结构的钴酸锂、镍酸锂，尖晶石结构的锰酸锂和橄榄石结构的磷酸铁锂。其中，钴酸锂（LiCoO2）制备工艺简单，充放电电压较高，循环性能优异而获得广泛应用。但是，因钴资源稀少、成本较高、环境污染较大和抗过充能力较差，其发展空间受到限制[3, 4]。镍酸锂（LiNiO2）比容量较大，但是制备时易生成非化学计量比的产物，结构稳定性和热稳定性差[5]。锰酸锂除了尖晶石结构的LiMn2O4外，还有层状结构的LiMnO2。其中层状LiMnO2比容量较大，但其属于热力学亚稳态，结构不稳定，存在Jahn-Teller效应而循环性能较差[6]。尖晶石结构LiMn2O4工艺简单，价格低廉，充放电电压高，对环境友好，安全性能优异，但比容量较低，高温下容量衰减较严重[7]。磷酸铁锂属于较新的正极材料，其安全性高、成本较低，但存在放电电
锂离子电池层状结构三元正极材料的研究进展 （中山大学化学与化学工程学院广州510275） 摘要为改进锂离子电池的性能，化学家们一直致力于电极材料的研究。其中，正极材料的研究更是重中之重，各种正极材料层出不穷，而层状结构三元正极材料LiNi x Co y Mn1-x-y O2因为具有较高的可逆容量、循环性能好、结构稳定性、热稳定性和相对较低的成本等优点，近年来成为研究热点。本文主要简介其结构特点与电化学特性，并综述其制备方法的改良和改性手段，并分析该材料目前存在的问题和对其未来发展做一个设想。 关键词锂离子电池层状结构LiNi x Co y Mn1-x-y O2 研究进展 Research progress in layered structural ternary cathode materials for lithium ion batteries Abstract To improve the properties of Li-ion Battery, the chemist have been working for suitable electrode materials. Among them, the study of cathode materials is a top priority. There are a variety of cathode material. And in recent years, Layered Structural LiNi x Co y Mn1-x-y O2 as a cathode has been a hot topic, because it has a lot of advantages, such as, it has a high reversible capacity, good cycle performance, structural stability, thermal stability and relatively low cost, etc. This paper is about the introduction of its structural features and electrochemical characteristics, as well as a review of the improvement and modification means of their preparation. Finally, there are analysis of the existing problems of the materials and a vision of its future development. Key words lithium ion batteries; layered structure; LiNi x Co y Mn1-x-y O2; research progress 1.引言 锂离子电池的具有工作电压高、能量密度高、自放电效率低、循环寿命长、无记忆效应和环保等优点，因此广泛应用于生产生活中。但同时，锂离子电池也存在快充放电性能差、大电流放电特性不理想、价格偏高、过充放电较危险等缺点，为解决上述问题，科学家们一直专注于电池材料的研究。 其中，又以正极材料最为重要，因为正极材料在充放电过程中提供锂源，包括正负极嵌锂化合物往复嵌入/脱嵌所需要的锂，以及负极材料表面形成钝化膜所需的锂。正极材料决定着电池安全、电化学性能（能量密度、倍率充放电性能、高低温充放电性能、循环能力）
年产1万吨锂电池三元正极材料项目可行性研究报告
1 总论 1.1 概述 1.1.1 项目提出的背景 20世纪是人类发展最为快速的一个世纪，各种高新技术的出现和应用给人们的生活带来了巨大的便利。然而，伴随这种高速发展的是能源的严重消耗，污染的加剧以及全球灾难性气候变化的屡屡出现，这已经严重危害到人类的生存环境和健康安全。全世界已探明的化石燃料（煤、石油、天然气）的贮量在不久以后将会枯竭。为了缓解环境与能源压力，探索新型的能源模式已成为21世纪必须解决的重大课题。 电池的出现是人们在寻找清洁能源过程中一个里程碑式的事件。电池的最大特点是在提供能源的高效率转化时，能够实现原料的“零排放”，从而减少对原材料的损耗，达到最优化的利用地球上有限的自然资源，实现社会的和谐发展的目的。由此可见电池材料对解决今后的能源危机及其所造成的环境污染起着关键的作用，而锂电池则是能实现高效能量储存与能源转换的储能设备而得到社会的广泛认可。锂电池是通常使用的锂离子电池的俗称，锂离子电池是指Li+嵌入化合物为正负极，依靠Li+在正负极之间移动来实现充放电的二次电池。 锂离子电池的研究开始于20世纪80年代，20世纪90年代初日本索尼公司推出了第一代锂离子电池并进行了商业化生产。随着现代社会的不断发展和生活水平的逐渐提高，笔记本电脑、手机等数码产品在人们日常生活中的使用越来越频繁。据统计，2015年全球笔记本电脑销量已达到1.644亿台。从2010年开始，我国笔记本电脑市场需求增速明显，2015年1~10月我国笔记本电脑累计产量为14711.95万台。同时，使用手机的人数也大幅增长。截至2015年底，全球手机用户数达到71亿，手机信号已覆盖全球超过95%的人口，其中我国移动电话用户13.06亿户。2015年全球智能手机用户比例首次超过全球人口的四分之一，达到19.1亿，到2016年全球智能手机用户数量将超过20亿，而到2018年，全球三分之一的消费者将是智能手机用户，总数超过25.6亿人。2018年智能手机用户指数代表了全球移动手机用户的一半，这意味