锂电正极材料研究现状及产业概况回顾

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前言　从２０１０年起，对锂电正极材料的看好和新能源汽车市场的迟迟没有　爆发，导致整个链条产能严重过剩，正极材料受到原材料厂商价格不降和　锂电池厂压低成本的双重挤压。２０１４年电池上游材料都出现快速下降的　趋势，一方面这有利于降低电池整体制造成本，另一方面造成低端产品泛　滥，阶段性产能过剩严重，行业竞争加剧。与此同时，包括金瑞科技、杉　杉股份、中信国安、天津巴莫、湖南瑞祥等在内的正极材料企业先后做出　动力材料的扩产布局。这是因为从２０１３年开始，传统的消费性电子产品　用锂离子电池市场规模的增速正日趋放缓。而在电动工具、轻型电动车、　新能源汽车和能源存储系统等功率／能量型领域的市场规模有望在未来　几年出现成倍增长的态势。　伴随着这种变化，多元正极材料凭借其性价比、能量密度、安全性等　方面的优势，正逐渐成为新一代动力电池正极材料的主流选择，也自然成　为此轮扩产潮的一个主要趋势。本文将对２０１４年正极材料研究现状以及　整个产业概况进行梳理回顾。　

１锂电正极材料研究现状　目前，锂离子电池正极材料研究和应用较为广泛的为钴酸锂材料、锰　酸锂材料、磷酸铁锂材料、氧化镍钴锰锂材料、富锂锰基材料等材料，这　些也是锂电池体系中使用量最大的正极材料品种。　１．１钴酸锂　目前以钴酸锂为正极材料的锂离子电池在二次电池市场中仍然占据了　最大的市场份额。最近几年，由于大屏幕３Ｃ产品的更新换代，锂离子电　池正极材料能量密度亟需提高，ＬｉＣｏＯ　材料在能量密度方面的缺陷空前　暴露，目前对钻酸锂材料能量密度提升的研究主要集中在两个方向：一个　是将钴酸锂粉末颗粒做大，并实现单晶化，以提高材料的压实密度，从而　提高能量密度；另外一个是对材料进行掺杂和表面惰性材料包覆处理，提　高材料的放电电压和循环性能，以提高能量密度。目前钴酸锂材料压实　密度已经可以做到４．１　ｇ／ｃｍ　以上，充电截止电压可达到４．５　Ｖ，比容　量可以达到１７０　ｍＡｈ／ｇ以上，在一定程度上进一步提高了钻酸锂电池的　能量密度。在目前所有商品锂离子电池体系中，钴酸锂电池是除镍钴铝　（ＮＣＡ）电池以外能量密度最高的锂离子电池体系。　１．２锰酸锂　尖晶石ＬｉＭｎ　Ｏ　的高温问题一直是限制其在高端动力和储能中应用　的关键所在，也是其被视为低端正极材料，长期以来在国内只能被用于中　低端电子产品的主要原因。但是近年来日韩在锰系正极方面的重大进展，　尤其是具代表性的日产Ｌｅａｆ和通用Ｖｏｌｔ的成功，更让人们看到尖晶石　

ｉ　ｌ中国粉体工业２０１５　Ｎｏ．３　

锂电正极材料研究现状及产业概ＬｉＭｎ２Ｏ　在高端领域的美好前景和巨大　潜力。　锰酸锂是较有前景的锂离子正极材　料之一，相比钴酸锂等传统正极材料，　锰酸锂具有资源丰富、成本低、无污染、　安全性好、倍率性能好等优点，是理想　的动力电池正极材料。　１．３磷酸铁锂　磷酸铁锂ＬｉＦｅＰＯ　材料是一种新　型的锂离子电池正极材料，具有原材料　丰富、循环寿命长、放电电压平台稳定　等诸多优点。　目前对ＬｉＦｅＰＯ　材料改进的研究　主要集中在纳米化和碳包覆两个方向，　材料的纳米化对ＬｉＦｅＰＯ　的离子和电　子电导率均有提高，而碳包覆只是对材　料的电子电导率有所提高，但是两者　都会降低材料的压实密度，从而降低　ＬｉＦｅＰＯ　电池的能量密度，而且还会增　加材料的制备成本和降低材料性能的一　致性；另外，堆积密度低，ＬｉＦｅＰＯ　的　理论密度为３．６　ｇ／ｃｍ　，目前商业化　的多为无规则形ＬｉＦｅＰＯ　粉末颗粒，　其振实密度一般不超过１．０　ｇ／ｃｍ　，　比ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ　等的都要小，导　致其体积能量密度低。这两个问题极大　地阻碍ＬｉＦｅＰＯ　材料的产业化进程。在　提高ＬｉＦｅＰＯ　材料的堆积密度方面，目　前采用的工艺普遍是合成球形磷酸铁，　以高密度球形磷酸铁为原料进一步合成　高振密球形磷酸铁锂。受ＬｉＦｅＰＯ　材料　理论比容量的限制，电池单体能量密度　的提高空间不大，目前做的最好的一般　也只有１２０　Ｗｈ／ｋｇ左右。Ａ１２３公司　的软包聚合物单体电池可以做到质量能　量密度１２６．９Ｗｈ／ｋｇ，循环寿命１５００　次（１００％ＤＯＤ）。但是ＬｉＦｅＰＯ　电池　长寿命、低成本等很多理论上的优势　没有表现出来，说明从技术角度看，　ＬｉＦｅＰＯ　技术还有较大的提升空间。如　果ＬｉＦｅＰＯ　材料批次稳定性和制备成　本能够进一步降低的话，该材料在储能　领域和备用电源领域将有广阔的应用空　间。　１．４氧化镍钻锰锂材料　氧化镍钴锰锂材料在产业化之初，　一直被寄予厚望快速取代钴酸锂正极　材料的统治地位，占据正极材料的主要　市场，然而该材料的一些固有缺点限制　了其大规模应用的速度：首先，较高的　首次不可逆容量降低了材料的实际能量　密度；其次，氧化镍钴锰锂材料的压实　密度及放电电压平台均比ＬｉＣｏＯ２低，　倍率性能及循环性能比ＬｉＣｏＯ：差，但　是随着高镍氧化镍钴锰锂材料的研究以　及电解液与氧化镍钴锰锂材料的匹配度　越来越高，其电化学性能已经得到了大　幅提高；最后，普通工艺制备的氧化镍　钻锰锂材料压实密度（３．３ｇ／ｃｍ　）远　远低于钴酸锂材料（４．０　ｇ／ｃｍ　），这也　就造成虽然三元材料的比容量大于钴酸　锂的，但是其电池的能量密度却并不一　定高于钴酸锂。随着三元材料制备工艺　的改善，压实密度以及充放电电压的提　高，三元材料的能量密度优势就会逐渐　凸显，替代钴酸锂是一个必然的结果。　氧化镍钴锰锂正极材料的应用更加广　泛，不止限于３Ｃ类电子产品，随着三　元材料制备工艺及电池制备技术的进　步，目前对纯三元材料作为正极材料的　动力锂离子电池的研究越来越多，国内　的ＡＴＬ和力神等公司均已经开始了纯　三元动力电池的研究工作。　１．５层状童锂锰基材料　在新能源汽车的研究热潮中，各大　研究机构与汽车巨头都在寻求可使ＥＶ　续航里程达到２００英里，约合３２０　ｋｍ　的动力锂离子电池技术，固溶体类正　极材料的出现让锂电界看到了希望。各　大锂电池厂商及科研机构均纷纷参加　到固溶体材料的研发热潮当中。美国的　Ｅｎｖｉａ　Ｓｙｓｔｅｍｓ公司在２０１０年公布了　该公司研制的富锂锰基固溶体类正极材　料Ｌｉ２ＭｎＯ３－ＬｉＭＯ２（Ｍ＝Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）　的锂离子电池，其层压型单体电池质量　能量密度可达２５０　Ｗｈ／ｋｇ；２０１２年该　公司又宣称采用富锂锰基固溶体材料与　Ｓｉ—Ｃ负极材料搭配，成功制备了质量　能量密度超过４００　Ｗｈ／ｋｇ的锂离子单　体电池。美国Ｎａｖａｌ　Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｗａｒｆａｒｅ　Ｃｅｎｔｅｒ对Ｅｎｖｉａ　Ｓｙｓｔｅｍｓ公司的４５　Ａｈ层压型电池单元进行评估测试：当　放电深度为８０％时，以１／２０Ｃ倍率放电，　质量能量密度可达到４３０　Ｗｈ／ｋｇ　ｌ以　１／３Ｃ倍率放电时，质量能量密度可达　到３９２　Ｗｈ／ｋｇ；采用扣式电池测试，　３００次循环后仍保持初始放电比容量的　９１％。富锂锰基固溶体材料由于其超高　的比容量无疑已经成为科研界最热门的　锂离子电池正极材料研究之一。　

２　２０１４年锂电正极材料产业概况　随着新能源汽车的发展，市场对动　力型高端正极材料的需求不断扩大，　各大知名厂商纷纷加大技术和产能投　入，以期占领更大的市场份额。过去的　２０１４年各大正极材料知名厂商都有哪　些的新的举措和布局，我们进行了部分　梳理。　２．１当升科技高端锂电正极材料获　三星认证　当升科技高端锂电正极材料通过三　星审核。该款产品是公司研发中心为配　合三星ＳＤＩ未来新产品使用的，２０１５　年将形成批量供货。　据当升科技介绍，公司某新型高端　锂电正极材料开发与产业化项目顺利通　过韩国三星ＳＤＩ的产品认证和生产线现　场审核，完全具备批量供货的条件。此　举标志着公司在高端锂电正极材料产业　化进程中取得了重要的阶段性成果，实　现了在高端锂电正极材料领域的又一项　重要突破。　

中国粉体工业２０１５　Ｎｏ．３　Ｉ－＿　公司透露，该款产品是公司研发中　心为配合三星ＳＤＩ未来新产品使用，　并历经半年多的时间开发成功的，２０１５　年将形成批量供货。　２．２杉杉３．６２亿投锂电正极材料　产业链成形　来自宁波的杉杉股份是国内知名的　锂电池材料供应商，早在２００３年就进　入湖南，落户长沙高新区麓谷科技园。　按照公告披露，杉杉股份通过控股子公　司湖南杉杉，筹建全资子公司湖南杉杉　新能源有限公司。该项目公司将在宁乡　金洲新区投资建设年产１．５万吨正极材　料生产基地，投资金额约３．６２亿元。　“湖南锂电池相关产业比较发达，　供应链齐全，公司部分供应商都在宁　乡”，湖南杉杉综合部一位彭姓工作人　员如此解释公司选择落户宁乡的理由。　“目前项目还在前期启动阶段，预计真　正达产要到２０１５年以后”。　杉杉股份公告提到，本次投资是基　于对锂电池市场发展的深刻研判以及公　司正极材料业务的发展需求。　据悉，未来电动自行车铅酸电池的　替换、电动汽车的启动以及工业储能市　场将在未来几年为锂电池带来巨大的市　场空间，需求年增长达１００％。　２．３巴斯夫商用磷酸铁锂正极材料　在德投产　巴斯夫宣布商用磷酸铁锂正极材料　在德国魏玛正式投产。巴斯夫在德国魏　玛运营一座年产３０００吨的生产装置，　并采用了巴斯夫路德维希港总部基地生　产的磷酸铁锂前体。　巴斯夫创新型磷酸铁锂材料可用于　生产用途广泛的先进锂离子电池，以　提高产品的性能和安全。磷酸铁锂是巴　斯夫锂离子电池材料产品组合的重要延　伸，美国俄亥俄州伊利里亚基地生产的　镍钴锰（ＮＣＭ）正极材料也是产品组合　的重要一部分。　巴斯夫ＨＥＤ磷酸铁锂采用了巴　斯夫专利工艺以确保产品的卓越性　能，同时保证不同批次间产品高度一　致。此前，巴斯夫已与位于瑞士穆滕　茨（Ｍｕｔｔｅｎｚ）的科莱恩集团附属公司　ＬｉＦｅＰＯ　ＣＬｉｃｅｎｓｉｎｇＡＧ签署了一份长　期的技术许可，获得磷酸铁锂电池材料　的全球生产与销售权。ＬｉＦｅＰＯ　Ｃ在磷　酸铁锂技术领域拥有全球领先的专利组　合。　此外，巴斯夫还获得了镍钴锰技术　的全球领导者，阿尔贡国家实验室关于　镍钴锰材料生产和销售的授权。通过这　些项目，巴斯夫将建立起完善的电池材　料产品线，以实现成为全球领先单体电　池／电池组功能材料及零部件供应商的　长期目标。　２．４巴斯夫联合户田设锂电正极材　料合资公司预计年产能１．８万吨　近日，德国化工巨头巴斯夫集团与　日本户田工业公司宣布，双方已就在日　本设立合资公司开展锂电池正极材料业　务一事达成基本一致。　户田工业公司在一份声明中表示，　合资公司将被命名为“巴斯夫户田电池　材料有限责任公司”，其中巴斯夫持股　６６％，户田工业持股３４％。合资公司将　融合双方的正极材料业务、知识产权及　在日本的生产基地。　合资公司总部位于东京，生产基地　位于日本山口县４＂４Ｈ４＂，野田市和福冈县　北九州市，计划２０１５年２月底投产，　主要致力于镍钴铝酸锂（ＮＣＡ）、锰酸　锂（ＬＭＯ）、镍钴锰酸锂（ＮＣＭ）等正极　材料的研发、生产和销售。这些材料可　用于生产汽车、消费类电子产品和储能　市场所需的锂电池。户田工业经营管理　部相关人士透露，预计该合资公司的正　极材料年产能约为１．８万吨，大约会有　８Ｏ名工作人员。　２．５美琪玛正极材料接单满到Ｏ３，　０４将新增生产线　受惠Ｔｅｓｌａ电动车热销带动钴酸锂　电池需求，钴系列化工厂美琪玛（４７２１）　旗下美户材料的正极材料上游材料硫酸　钴接单畅旺，目前订单已经满载到第三　季，并预计近期还会再新增生产线，因　正极材料今年出货料将倍增，以及国际　钴价目前稳定在区间偏高水平，美琪玛　今年业绩看好。　美琪玛为台湾少数的钴系列化工　厂，主要产品包括ＰＴＡ触媒和钻，　ＰＴＡ触媒占营收比重近五成，目前全　球有１６条产线，全球市占率高达四成；　正极材料的原料钴占营收比重则为约五　成；而正极材料上游材料硫酸钴的业务，　则于２０１３年２月起切割给美琪玛与日　商户田（４１００．ＪＰ）合资成立的子公司美　户先进材料，因此硫酸钴的业绩改为认　列在投资收益；目前美户硫酸钴月产能　为７２０吨，产线均在台湾并由美琪玛负　责营运。　美琪玛指出，受惠ＴｅＮａ电动车热　销，钴酸锂电池和其上游正极材料需求　畅旺，美琪玛与日本前三大锂电池前驱　体制造商户田持股各五成的美户先进，　接单持续畅旺，２０１３年美户正极材料　上游原料硫酸钴的出货量约６０４０吨，　但２０１４年ｌ至５月出货已达到４２０２吨，　预期２０１４年出货量将可达到１万吨。　美琪玛也指出，目前美户的硫酸钴　月产能约７２０吨、年产能约８６００吨，但　目前订单已经满载到第三季，第四季需　求也持续看好，因此，美户已经启动扩　产计划，预计２０１４年ｌ１月或ｌ２月会新　增一条月产能１５０吨的产线，且２０１５年　第一季左右还会再新增一条产线。　在ＰＴＡ氧化触媒部分，美琪玛表　示，ＰＴＡ触媒市况向来波动不大，目　前亦大致保持平稳，２０１４年前五月其　全球氧化触媒产线的产能利用率平均约　七、八成，与２０１３年相近，但随着今