锂电池正极材料行业调研报告

锂电池正极材料行业调研报告
锂电池正极材料行业调研报告

锂电池正极材料行业调研报告

二〇一六年七月

目录

一、锂电池正极材料技术发展现状及趋势 (2)

(一)锂电池正极材料主要技术路线 (2)

(二)动力锂电池正极材料的技术现状 (2)

(三)动力锂电池正极材料的市场应用情况 (5)

(四)动力锂电池正极材料的技术发展趋势 (6)

(五)石墨烯在锂电领域的应用现状及前景 (7)

二、全球锂电池正极材料产业发展现状 (7)

(一)全球锂电池正极材料市场规模 (7)

(二)全球主要生产国发展现状 (9)

(三)全球主要企业发展情况 (10)

三、我国锂电池正极材料产业发展现状 (10)

(一)我国锂电池正极材料市场规模 (10)

(二)我国锂电池正极材料市场竞争格局 (11)

四、国家政策导向 (18)

(一)技术路线在反复摇摆中逐渐清晰 (18)

(二)补贴政策倾向高性能电池及正极材料 (19)

(三)保护国产自主品牌力度加大 (19)

五、锂电池正极材料市场前景分析 (19)

(一)市场需求预测 (19)

(二)细分市场领域成长空间 (20)

六、锂电池正极材料行业发展面临的问题与风险 (21)

(一)技术路线不断发展变化 (21)

(二)产能过剩导致竞争激烈 (21)

(三)原材料成本大幅上升 (21)

(四)国内盈利水平普遍不高 (22)

(五)政策波动风险较大 (22)

锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液等构成,其中,正极材料的性能直接影响了锂电池的各项性能指标,且正极材料在锂电池总成本中占据

1/3以上的比例,因此正极材料在锂电池中占据核心地位,提高锂离子电池正极材料的性能成为当今最为活跃的研究领域之一。

一、锂电池正极材料技术发展现状及趋势

(一)锂电池正极材料主要技术路线

在正极材料发展前进道路上,技术路线之争一直不断。目前,主流的正极材料包括钴酸锂(LCO)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂(LFP)和三元材料(NCM/NCA)等四大类,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,这也导致锂电池正极材料技术发展出现分化。

1、钴酸锂(LCO)是最早商业化的锂电正极材料,优点是充放电稳定、生产工艺简单,缺点是钴价格昂贵、循环寿命较低、环境污染严重,主要用于小电池领域及手机和平板电脑等IT 产品中,是消费电子产品领域的主流正极材料。

2、锰酸锂(LMO)优点是锰资源丰富、成本较低、环境友好、安全性较好,缺点是其能量密度较低、高温性能差、容量衰减明显,主要应用于小型锂电和动力电池产品。

3、磷酸铁锂(LFP)优点是安全性能好、循环寿命长、制造成本较低等,缺点主要是能量密度低、低温性能较差、高倍率放电性能差(放电电压低)等,主要应用于动力电池和储能电池。

4、三元材料(NCM/NCA)优点是能量密度高、容量大、稳定性好,缺点是高温性能差、安全性一般、制作工艺复杂、生产成本高,主要应用于动力电池产品,逐渐成为电动汽车的应用主流,近两年其市场占比不断提高。

总之,每种正极材料都有自己的优势和缺陷,有自身的应用领域和市场需求,从未来发展看,能量密度的提升将是锂离子电池正极材料的主要发展方向。(二)动力锂电池正极材料的技术现状

新能源汽车对于动力锂电池提出了更高的要求,能量密度、成本、安全性、热稳定性、循环寿命是动力锂电池的5个关键性能指标。正极材料作为动力锂电池的核心,目前已大规模市场化应用的主要包括磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)和三元材料[镍钴锰酸锂(NCM)和镍钴铝酸锂(NCA)]三种类型。其中,磷酸铁

锂和锰酸锂材料在基础研究方面已没有太大技术突破空间,其能量密度和主要技术指标已接近应用极限。从技术进步的角度看,三元材料由于具有高能量密度、较长循环寿命、较高可靠性等优点,逐渐成为动力锂电正极材料的主流。各类型动力锂电池正极材料性能对比见表1、2。

表1 三种动力锂电池正极材料的性能指标

数据来源:北京矿冶研究总院研究报告表2 三种动力锂电池正极材料在关键性能上的比较

数据来源:新材料在线

1、磷酸铁锂

)材料具有原材料丰富、循环寿命长、安全性能好等诸磷酸铁锂(LiFePO

4

多优点。但是由于磷酸铁锂电池一致性和能量密度较低,制约了其在电动汽车领域的发展。目前,业界一般认为磷酸铁锂比较适于储能系统,主要应用于基站和数据中心储能、家庭储能、风光电储能等领域。

磷酸铁锂的改进主要集中在表面包覆、离子掺杂和材料纳米化3个方面。随着研究工作的深入,当前磷酸铁锂材料的实际容量已经达到160mAh/g,十分接近170mAh/g的理论容量。如果材料的批次稳定性和制备成本能够进一步降低的话,该材料在储能系统等领域将有广阔的应用空间。

2、锰酸锂

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〔LiNi

x Co

y

M

1-x-y

O

2

,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LiNi

0.8Co

0.15

Al

0.05

O

2

,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。

表3 世界主流电动车对动力锂电池正极材料的选择

注:表中NCA指镍钴铝酸锂,NCM指镍钴锰酸锂,LMO指锰酸锂,LFP指磷酸铁锂。

2、我国动力锂电池正极材料市场应用情况

国内主流电动车型动力锂电池正极材料的使用情况见表4。据工信部统计,2015年中国新能源汽车产量37.9万辆,同比增长356.6%,其中商用车17.3万辆,乘用车20.65万辆,我国商用车以磷酸铁锂为主,乘用车超过70%使用三元材料。

表4 国内主流电动车型动力锂电池正极材料的使用情况

(四)动力锂电池正极材料的技术发展趋势

电动汽车的快速发展对动力锂电池的性能提出了更高要求。《中国节能与新能源汽车国家规划(2012-2020)》中提出,到2020年,动力电池能量密度提高到300Wh/kg以上。而目前使用的磷酸铁锂、锰酸锂和三元材料动力电池均达不到要求。未来可能的材料有正硅酸盐复合正极材料、层状富锂锰基材料、硫基正极材料等。

1、正硅酸盐复合正极材料

正硅酸盐(Li

2MSiO

4

,M=Fe、Co、M n等)是一种新型的正极材料,其在理论

上可以允许2个Li+的交换,因此具有较高的理论比容量,比容量高达300mAh/g以上,使其在动力锂电池领域具有很大的发展前途。但由于释放出第2个Li+的电压

较高,所以实际比容量只有150mAh/g左右。另外,Li

2MSiO

4

具有电子导电率和离

子扩散速率低等缺点,也限制了其商业化。目前常用的解决方法是将材料合成为纳米材料、进行掺杂、进行碳包覆等,但仍需进行深入研究。

2. 层状富锂锰基材料

层状富锂锰基复合正极材料xLi

2MnO

3

·(1-x)LiMO

2

(M=Ni、Mn、Co、Fe等)理

论上具有接近300mAh/g的放电比容量,同时还兼具原材料价格廉价的优点,是当前最有可能使动力电池能量密度达到300Wh/kg的正极材料体系。目前,国内外对层状富锂锰基固溶体材料的开发还处于试验阶段,寻求适合工业化生产的合成方法。我国“863”计划对富锂锰基固溶体材料电池的开发给予了支持,国内如当升科技等公司目前正在开展进一步研究。

3. 硫基正极材料

单质硫是目前比容量最高的正极材料,以硫为正极的锂硫电池,能量密度理

论上高达2600Wh/kg,是现有动力电池的10倍以上,有望显著提高电动汽车的续航里程,此外硫还具有价格低廉、储量丰富、无毒等优点,但是,单质硫的室温电子电导率低,为电子绝缘体,不能单独作为正极,其充放电过程中体积会发生膨胀,放电过程中产生的多硫离子会溶解发生扩散迁移,这些都制约了硫基材料的进一步发展应用。

为了解决上述问题,当前常用的方法是将硫与导电性能好、结构稳定且具有吸附能力的材料进行复合,如硫/碳复合材料、硫/导电聚合物复合材料和硫/氧化物复合材料等。采用碳材料与硫进行复合,可以明显改善硫正极材料的放电容量及循环性能,常用的碳材料包括多孔碳、碳纳米管、石墨烯等。有研究者制备出的硫/石墨烯复合正极材料,用于锂硫电池,表现出了良好的电化学性能。

目前,硫基正极材料已受到广泛的关注,但是其距商业化应用还有一定距离。国际上硫基正极材料研究的代表性厂商有美国的Sion Power、Polyplus、Moltech,英国的Oxis及韩国三星等。中国的研发还集中在研究机构,以中国电子科技集团公司第十八研究所、中国人民解放军防化研究院、清华大学、上海交通大学、国防科技大学、武汉大学、北京理工大学等科研院所为代表。

(五)石墨烯在锂电领域的应用现状及前景

高工锂电产业研究院(GGII)表示:石墨烯性能优势很突出,其应用前景很广阔,但材料制造环节的工艺及设备尚不成熟,真正大规模商业化应用尚需时日。目前,石墨烯在锂电池领域的主要角色还是电池的复合材料(即材料添加剂),石墨烯可作为正负极导电剂,与正、负极材料复合做成复合材料,但无法作为正负极活性物质取代石墨类负极材料大批量使用。

清华能源互联网研究员刘冠伟称:“石墨烯电池”这个技术接近于不存在,石墨烯只有在理论上能够提高充放电速率,而对于容(能)量的提升基本没有任何帮助,其噱头意义远大于实用价值。而且石墨烯材料本身纳米材料的高比表面积等性质与现在的锂离子电池工业的技术体系是不兼容的,应用的希望十分渺茫。

二、全球锂电池正极材料产业发展现状

(一)全球锂电池正极材料市场规模

根据日本B3信息咨询公司发布的锂电市场分析报告数据,2015年全球锂电池正极材料出货量达到15.4万吨,过去十年,全球锂电池正极材料行业保持了24%

的复合增长率。

据EVTank资料统计,2014 年全球锂电池正极材料出货量为12.7 万吨,同比增长32%。其中,钴酸锂(LCO)出货量50221吨,同比增长45.06%;三元材料(NMC)出货量48176吨,同比增长10.44%;磷酸铁锂(LFP)出货量10665吨,同比增长121.27%;锰酸锂(LMO)出货量9920吨,同比增长12.98%;锰酸锂(LNO)出货量8293吨,同比增长45.26%。(注: EVTank统计数据不近全面,针对中国市场基本只统计了前五大企业的出货量,而中国中、小型锂离子电池正极材料生产企业众多,因此其统计数据偏低。)

图1 2005-2014年全球正极材料出货量(EVTank统计)根据台湾工业技术研究院的统计数据,2014年全球锂电池正极材料总产量为12.7万吨。从市场份额看,全球锂离子电池正极材料的主流产品是钴酸锂和三元材料,其中,三元材料在全球正极材料份额中从2007年的8.9%迅速增加到2014年的37.9%,是近些年增长最快的正极材料。

表5 2007-2014年全球锂电池正极材料总产量及各类占比

数据来源:台湾工业技术研究院

(二)全球主要生产国发展现状

全球锂电池正极材料呈现中、日、韩“寡头聚集”的市场格局,2014年中日韩三国生产的锂电池正极材料共占据了全球95%以上的市场份额。日本和韩国的锂电正极材料产业起步早,整体技术水平和质量控制能力要优于我国锂电正极材料产业,占据锂电正极材料市场高端领域。中国锂电正极材料近十年迅速发展,产品质量大幅度提高,并具备较强的成本优势,近年来日韩锂电企业开始逐步从中国进口锂电正极材料。目前,中国锂电正极材料市场份额已占据全球一半左右。

图2 2011-2014年中日韩正极材料企业市场份额变化在中、日、韩三国中,日本技术实力雄厚,但人工成本高,因此日本锂离子电池正极材料生产自动化程度最高,产品品质也最好,日本锂离子电池正极材料发展之路是由钴酸锂发展至锰酸锂,再到改性锰酸锂和三元材料。2010年后三元材料成为动力电池的主流,如丰田普锐斯PHV 搭载了三洋(被松下合并) 的三元材料电池,本田思域混合动力车采用Blue Energy 的三元材料电池,最近令人瞩目的当属松下制造的18650动力电池,借着Tesla大量使用镍钴铝酸锂材料,松下占据了全球动力电池第一把交椅。

韩国的技术水平略低于日本,但一直坚持自己的路线,在产业领域集中资源优势扩张市场,韩国锂离子电池产业集中度非常高,由三星SDI和LG化学两家公司垄断。三星SDI和LG化学都在中国建厂,以中国的低成本优势,帮助其进行锂离子电池产业全球扩张。

中国正极材料企业的技术水平在中日韩三国中相对较低。技术路线上摇摆不

定,核心技术的研发方面仍然落后,中国企业的正极材料主要应用于消费类小型锂离子电池。日本和韩国的正极材料企业基本上正转向动力电池材料,并加大了投资规模,日本和韩国等锂离子电池企业正在将电池的生产基地转移到中国。(三)全球主要企业发展情况

根据EVTank资料统计,2014年全球主要企业锂电池正极材料出货中,韩国有5家,出货量为44000吨;日本3家,出货量为25750吨;中国有8家,出货量最多,为45420 吨。各个国家乃至各个厂商对正极材料的选择不尽相同,近些年,日本和韩国主要开发锰酸锂(LMO)和三元材料(NCM/NCA),中国则更偏向钴酸锂(LCO)和磷酸铁锂(LFP)的发展。2014年主要国家正极材料企业出货情况见表6。

表6 2014年主要国家正极材料企业出货情况统计

数据来源:EVTank资料统计三、我国锂电池正极材料产业发展现状

(一)我国锂电池正极材料市场规模

根据高工产研锂电研究所(GGII)发布的《2016年中国锂电池正极材料调研报告》,2015年中国正极材料市场规模达到134.27亿元,与2014年的95.75亿元相比,同比增长40%。其中磷酸铁锂电市场规模达到28.5亿元,同比2014年增长186.4%,是正极材料市场增长最快品种。钴酸锂的市场规模增长有限,其2015年产值为55.1亿元,同比2014年增长1.3%,是增长最慢的正极材料。

图3 2010-2014年中国锂电池正极材料行业市场规模(亿元)根据中国化学与物理电源协会以及中国有色金属协会锂业分会的统计,2015年全国锂电池正极材料出货量11.29万吨,同比增长46.8%。细分产品中,磷酸

铁锂的产量同比增长近2倍,出货量1.8万吨,其增长主要受动力电池带动;三元材料出货量3.65万吨,其增长主要受电动汽车、电动自行车等市场带动;钴酸锂出货同比增长最慢。2007-2015年国内正极材料产量及各类占比见表7。

表7 2007-2015年我国锂电池正极材料总产量及各类占比

从上表可以看出,2007年中国锂电池正极材料总产量仅为1.18万吨,到2015年中国锂电池正极材料销售量达到11.29万吨,近八年来的年复合增长率达到33%。从市场份额看,钴酸锂和三元材料是目前国内锂离子电池正极材料的主流产品,从产量增幅看,磷酸铁锂和三元材料是我国近年来增长速度最快的正极材料。(二)我国锂电池正极材料市场竞争格局

近年来,随着新能源汽车的爆发式增长,吸引了大量资本涌入锂电池及相关材料产业,导致我国锂电池正极材料行业产能快速扩张,市场竞争日趋激烈。

1、2015年度竞争力品牌榜单

2015年10月,由赛迪顾问(CCID)和中国电池网联合发布的2015年中国锂电池行业正极材料年度竞争力品牌榜单出炉,该榜单历经近一年的跟踪调研、持续关注、实地访谈、电话沟通,从企业产能、销售收入、创新能力、增长率、体制管理、品牌营销、供应链管理等多方面权衡分析得出。

表8 2015年中国锂电池行业正极材料年度竞争力品牌榜单

(1)湖南杉杉新材料有限公司——竞争力排名:NO.1

企业简介:从2013年开始湖南杉杉连续三年位居国内正极材料销售量首位,目前产能1.5万吨/年,未来3万吨/年。2015年湖南杉杉上半年实现销售额10.2亿元,实现销售量约8000吨。在销售量的增长中杉杉逐步调整了自身的客户机构,目前的大客户已经涵盖了ATL、比亚迪、力神、LG化学等,加上中小客户的支撑,盈利能力也有所回升。2015年上半年的利润同比增加100%以上,在正极材料行业

企业利润率普遍降低的情况下也显示其转型的成功。

上榜理由:湖南杉杉作为杉杉股份正极材料的主要布局点,和杉杉集团的负极材料、电解液产业形成有效的互补效应。近两年通过客户结构的调整,大客户结构逐步形成和稳定。湖南杉杉的综合竞争力在国内居于首位。2015年湖南杉杉在宁乡一期年产1.5万吨正极材料生产基地项目计划于年内实现全部投产,届时产能会达到3万吨每年。在以规模效应日益重要的正极材料产业领域,看好湖南杉杉未来的增长空间和持续竞争力。

(2)北大先行科技产业有限公司——竞争力排名:NO.2

企业简介:北大先行由东圣投资和北京大学合作于1999年创建成立,位于北京中关村科技园区昌平园,除了电池正极材料外,公司还涉足了电动汽车及储能电池组的研发、生产、销售和服务。北大先行已经形成了北京基础研究、北京工程技术中心、泰安和西宁正极材料生产基地、北京普莱德动力电池组装的新能源电池材料产业链战略格局。2014年北大先行实现销售额7.5亿元,增长幅度达到44%。2015年销售额约10亿元。截止2014年底,产能1.5万吨/年,产品包括钴酸锂、三元材料、磷酸铁锂。主要客户包括ATL、CATL、力神、光宇、维科等。

上榜理由:北大先行在搭上ATL的发展的顺风车之后,同时在力神、光宇、维科等客户完成布局,客户结构良好。2015年凭借在小型锂电池高端领域的开拓和动力电池材料的规模化释放,在国内处于No.2的位置。2014年以来,新能源汽车市场崛起,北大先行的磷酸铁锂市场规模快速扩大,在西宁的正极材料生产基地也开始规模投产。其汽车用三元材料也在国内的力神等客户中使用,整体呈现多点发展的局面。

(3)湖南瑞翔新材料股份有限公司——竞争力排名:NO.3

企业简介:湖南瑞翔新材料股份有限公司位于长沙国家级经济技术开发区,是一家专门从事锂离子电池正极材料的研究、开发、生产和销售的高新技术企业。公司成立于2001年,注册资本2.1亿元,拥有国家发明专利及实用发明专利共计30余项,是湖南省首批七十余家通过国家四部委按新标准联合评定的高新技术企业之一、国家科技支撑计划重点项目和国家“863”计划项目的参与者、“国家级先进储能材料研究中心”的核心成员。2014年营业收入达到14.51亿元,销售量超过12000吨,实现利润9500万。湖南瑞翔目前产能达到1.5万吨/年,产品包

括钴酸锂、三元材料、锰酸锂、氧化钴、三元前驱体、硫酸锰、硫酸钴。

上榜理由:瑞翔是最早进入国际市场的正极材料生产企业,客户不仅包括全球知名的三星SDI、LGC、SKI、东芝等客户,在国内也是力神、比亚迪的稳定供货商。瑞翔汽车用三元材料研发和生产走在国内的前列,客户包括三星、SKI、东芝等。湖南瑞翔从满足汽车用动力电池的需求布局产业链,高起点的布局必将带来良好的后续发展,在新能源汽车发展大背景下,未来的前景看好。

(4)宁波金和新材料股份有限公司——竞争力排名:NO.4

企业简介:2014年原当升科技创始人白厚善创立的北京容百投资控股有限公司入资宁波金和,宁波金和成为容百投资控股下的企业。容百投资除了控股宁波金和以外,还控股了盐光科技、韩国EMT、韩国TMR等企业,在正极材料回收、前驱体和多元化的正极材料产品类别上进行布局。宁波金和在容百控股中主要承担三元材料前驱体以及三元正极材料、NCA等材料的生产,正极材料总产能9000吨/年,三元前驱体总产能16000吨/年。宁波金和的客户包括三星SDI、LG化学、ATL、CATL、力神等客户。2014年宁波金和的销售收入达到4.1亿元,2015年上半年销售收入达到3.2亿元。

上榜理由:2014年金和以三元材料为主的销售收入达到4.1亿元,由于2014年是整合年,所以利润只有1000万左右,但是整合后在2015年马上进入正轨,上半年的营业利润预计达到2000万左右。宁波金和未被容百整合之前就是国内正极材料行业中经营能力较强的企业,主要在研发和产业链整合上较为欠缺,通过容百控股注资,可以利用韩国的技术优势对国内进行反哺,综合实力得到极大提升。宁波金和长期定位在三元材料的研发、生产和销售,为进军新能源汽车领域奠定了良好的基础,预计会率先在全球实现动力电池材料的批量供应。

(5)北京当升材料科技股份有限公司——竞争力排名:NO.5

企业简介:北京当升材料科技股份有限公司(简称“当升科技”,股票代码:300073),成立于2001年,起源于国务院国资委管理的国家首批创新型中央企业——北京矿冶研究总院。当升科技是一家从事新能源材料研发和生产的高新技术企业,自进入锂电正极材料行业以来,一直保持着良好的发展势头,成为国内率先出口锂电正极材料的供应商,是国内锂电正极材料的龙头企业之一。当升科技正极材料产能:9000吨/年;负极材料产能:6000吨/年。主要客户有比亚迪、比

克、力神电池、ATL、三星、SK、LG、三洋、索尼、东芝等。经过多年的努力,公司于2010年4月成功登陆创业板,成为国内唯一一家以锂电正极材料作为主营业务的上市公司。2014年公司正极材料销售收入6.25亿元,毛利润2.24%。2015年上半年销售收入3.41亿元,毛利润2.81%。

上榜理由:当升科技在最近2年的发展速度不如国内的同类企业,连续几年的销售量一直维持在4000吨左右,没有太大的增长幅度,这也导致在江苏募投项目达产后整体产能利用不高,导致正极材料毛利率只有不到3%的水平。当升科技最近两年正在逐步从传统以钴酸锂为主向三元材料转变,2014年和韩国GSE集团合作开发NCA也是强化三元材料转型的重要举措。由于三元材料的起步较晚,近几年在业内的排名有些回落,但是作为上市公司,在资本运营方面的优势还是国内其他企业无法比拟的。2014年通过收购中鼎高科,整体的盈利有所好转。

(6)厦门钨业股份有限公司——企业排名:NO.6

企业简介:厦门钨业股份有限公司是在上海证券交易所上市的集团型股份公司(股份代码:600549),主要从事钨冶炼产品、钨粉末、硬质合金、钨钼丝材、新能源材料等的研发、生产与销售,是国内最大的钨钼产品生产与出口企业。厦门钨业目前正极材料产能为5000吨/年左右。产品包括钴酸锂、三元材料、三元前驱体等。2014年正极材料销售收入8.65亿元,毛利率达到9.5%。2015年上半年销售收入4.12亿元,毛利率降低到6.65%。

上榜理由:2012年以来厦门钨业在正极材料领域不断转型,从高端切入的思路非常明确。通过和松下在其他金属领域的合作,三元材料主要针对松下开发,目前全自动的生产线已经开始量产,并且在国内占据一定的位置。厦门钨业还在配套松下开发特斯拉汽车上使用的镍钴铝酸锂材料,也是未来的一个重要增长点,厦门钨业在正极材料行业逐步跻身高端领域。

(7)天津巴莫科技股份有限公司——企业排名:NO.7

企业简介:天津巴莫科技股份有限公司成立于2002年8月,主要从事锂电池正极材料的研制、开发和规模化生产,是国内目前综合实力较强、产销量靠前的锂离子电池正极材料供应商之一。公司第一大股东为中节能(天津)投资集团有限公司,是由中国节能环保集团公司控股的大型投资公司。2014年天津巴莫的销售量达到6500吨,销售收入达到7.8亿元。2015年上半年销售收入达到3.2亿元,

利润达到1500万。

上榜理由:巴莫2014年的销量提升明显,主要是出口销售量的增加,巴莫的产品结构还是以钴酸锂为主,市场也还集中在3C领域。巴莫作为中节能控股的电池材料公司,加上中节能控股的镍钴材料生产企业新时代集团浙江新能源材料有限公司,未来存在整合产业链的优势。在国内正极材料行业竞争日渐强化的态势下,巴莫的竞争力显得中规中矩。

(8)河南科隆新能源有限公司——企业排名:NO.8

企业简介:河南科隆新能源有限公司隶属于河南科隆集团,河南科隆拥有国家级技术中心、博士后工作站、国家“863计划”专项(HEV材料)科研、产业化基地、河南省高效二次电池材料工程技术中心。目前有正极材料产能9000吨。其中三元材料产能3000吨/年、三元前驱体产能5000吨/年、磷酸铁锂产能1000吨/年。2014年正极材料销售收入5.1亿元,实现净利润2400万。

上榜理由:河南科隆是国内较早做三元材料前驱体的企业之一,率先进入韩国客户的供应体系。近两年科隆开始涉足正极材料生产,销售量也得到快速提升,由于企业的质量控制水平较高,也在国内市场的开拓能力也较强,加上上市公司深天地A计划全资购买科隆的股权,未来依托上市公司的平台,发展前景十分看好。

(9)湖南长远锂科有限公司——企业排名:NO.9

企业简介:长远锂科成立于2002年,主营钴酸锂、三元材料、锰酸锂等。2014年金瑞科技完成长远锂科剩余49%股权的收购,长远锂科成为金瑞科技的全资子公司。由金瑞科技和长沙矿冶院共同投资10000吨/年电池正极材料生产基地建设项目的顺利实施和金天材料搬迁工作的按期完成设立的。该项目一期6000吨/年电池正极材料项目建设预计2015年底建成并进入调试。2014年长远锂科锂电材料的产能约5000吨,锂电材料收入约3.5亿元,其中三元材料占比近30%,同比增长120%。此外,长远锂科在NCA前驱体及产品上具有一定的优势,其中前驱体已经出口日本,百吨级NCA中试线也完成设备调试。

上榜理由:长远锂科作为上市公司金瑞科技的正极材料产业平台,集团会将更多的资源集中与长远锂科,尤其是在高镍的NCA材料方面可能成为未来的爆发点,看好高容量材料在3C和汽车电池上的应用。

(10)深圳市振华新材料股份有限公司——企业排名:NO.10

企业简介:深圳市振华新材料股份有限公司是2004年由振华集团深圳电子有限公司新光源厂和新材料厂改制后注册成立的股份制企业,位于深圳市宝安区西乡铁仔路44号振华(西乡)工业园。振华在贵州设立生产基地,产能达到7500吨每年,主要生产基地转移到贵州,在用工成本和水电成本都大幅降低。2014年销售收入达到3.8亿元,2015年上半年销售收入达到2.1亿元。客户主要包括ATL、比亚迪、优特利等。

上榜理由:振华材料依靠混合型材料进入ATL的供应链,近两年取得较大的增长。振华在高电压的正极材料领域具有较深的技术积累,未来在3C领域的发展可圈可点。同时振华也在推出动力电池使用的混合材料,但是还需要市场的进一步验证。

2、行业领先上市公司的经营数据

根据锂电池正极材料上市公司披露的年报数据,杉杉股份、当升科技、厦门钨业等行业领先企业的产能逐年扩充,产销量及营业收入快速提高,但其正极材料业务的盈利水平普遍不高。

(1)湖南杉杉新材料有限公司锂电池正极材料主要产品有钴酸锂系列产品、多元材料系列产品、锰酸锂系列产品。

表9 2014-2015年湖南杉杉新材料有限公司锂电池正极材料经济指标统计

数据来源:上市公司年报(2)北京当升材料科技股份有限公司是专业从事锂电正极材料研发、生产与销售的高新技术企业,主要产品包括多元材料、钴酸锂、锰酸锂等锂电正极材料。

表10 2014-2015年当升科技公司锂电池正极材料经济指标统计

数据来源:上市公司年报

(3)厦门钨业股份有限公司锂电池正极材料主要产品包括钴酸锂、三元材料、三元前驱体等。

表11 2014-2015年厦门钨业股份有限公司锂电池正极材料经济指标统计

数据来源:上市公司年报四、国家政策导向

(一)技术路线在反复摇摆中逐渐清晰

我国政府部门对动力电池发展路线的态度一直处于反复摇摆之中。2011年之前是一边倒地支持磷酸铁锂。2012年科技部发布《电动汽车科技发展“十二五”专项规划》,不再强调发展磷酸铁锂,表示重点提高动力电池输入输出特性、安全性、一致性、耐久性和性价比,呈现出磷酸铁锂、三元材料等并行支持的路线。

2013年9月,财政部、发改委、工信部、科技部等联合发布《关于继续开展新能源汽车推广应用工作的通知》,按照纯电续航里程(乘用车)和电池容量(专用车)确定补贴金额,多元材料凭借高能量密度的优势在电动汽车上的应用进一步增加。

2016年1月中旬,国家有关部门组织开展对多元锂电池客车的安全风险评估,在评估完成前暂停多元材料锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。行业与社会纷纷猜测,国家将改变新能源汽车正极材料的产业政策,限制多元材料在新能源汽车上的应用。

2016年6月20日,工信部发布《汽车动力蓄电池行业规范条件》企业目录(第四批)名单,31家单体企业和1家系统企业入选。与前三批目录名单所不同的是,此次目录中涉及三元材料电池的企业占比明显增多,据高工锂电网统计,目录中主营业务为三元材料电池的企业达21家,占比高达68%。

从目前趋势看,虽然国家政策依然较为谨慎,但在一些具体的指标制定上已经出现对于三元材料的偏向,而在市场选择上,无论是车企还是动力电池企业的反馈上,三元材料在乘用车和专用车的应用已经成为主流。

(二)补贴政策倾向高性能电池及正极材料

根据2016年开始实施的新能源汽车补贴政策,客车的补贴标准已从过去车辆长度的单一指标变更为车辆长度、单位载质量能量消耗量以及续航里程三项指标。因此,电池自重轻、能量密度高、续航里程远的客车将获得更多的补贴,国家鼓励和引导新能源汽车市场由过去的数量规模型开始向质量效能型转变。以三元材料为代表的高性能锂离子动力电池及相关高能量密度正极材料有望成为政策的受益方。

(三)保护国产自主品牌力度加大

2016年6月,工信部发布的《汽车动力蓄电池行业规范条件》企业目录(第四批)名单中,日韩企业无一家入选。我国政府保护国内锂电池生产企业的政策导向十分明显。

按照规定,采用没有进入目录的电池的新能源汽车产品,从2016年5月1日开始,将不进入新能源汽车推广目录,从而无法获得补贴。尽管此后工信部正在修订《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》(修订版征求意见稿)中,将放宽对在售车型限制,已经获得目录的,将给出一年调整时间,但这依然无法化解这些整车企业在更换电池等方面带来的压力和尴尬。

没有进入企业目录受影响的不仅仅是三星SDI和LG化学,采用了上述两家企业所产电池的北汽、上汽、江淮、长安、吉利、奇瑞等自主品牌新能源整车企业同样面临极大的压力,而采用自家生产动力电池的比亚迪却不受此影响从而成为了最大赢家。

五、锂电池正极材料市场前景分析

(一)市场需求预测

当前,锂离子电池正迎来黄金发展期。根据真锂研究的预测,2016年全球锂电池需求将到9419万KWH,2020年将达到20036万KWH,年复合增长率将达到20%。其中,最大动力将来自电动汽车市场。工业和储能市场也将快速增长,而消费类电子产品市场增速将有所放缓。

四种主要的锂电池正极材料

四种主要的锂电池正极材料 LiCoO2 锂离子从LiCoO2中可逆脱嵌量最多为0.5单元.Li1-xCoO2在x=0.5附近发生可逆相变,从三方对称性转变为单斜对称性。该转变是由于锂离子在离散的晶体位置发生有序化而产生的,并伴随晶体常数的细微变化。但是,也有人在x=0.5附近没有观察到这种可逆相变。当x>0.5时,Li1-x CoO2在有机溶剂中不稳定,会发生释氧反应;同时CoO2不稳定,容量发生衰减,并伴随钴的损失。该损失是由于钴从其所在的平面迁移到锂所在的平面,导致结构不稳定,使钴离子通过锂离子所在的平面迁移到电解质中。因此x的范围为0≤x≤0.5,理论容量为156mA·h/g。在此范围内电压表现为4V左右的平台。当LiCoO2进行过充电时,会生成新的结构 当校子处于纳米范围时,经过多次循环将产生阳离子无序,部分O3相转变为立方尖晶石相结构,导致容量衰减。粒子小时,由于锂离子的扩散路径短,形成的SEI膜较粒子大的稳定,因此循环性能好。例如,70nm的粒子好于300nm 的粒子。粒子大小对自放电也具有明显影响。例如粒子小,自放电速率快。粒径分布窄,粒子的球形性越好,电化学性能越佳。最佳粒子大小取决于电池的要求。 尽管LiCoO 与其它正极材料相比,循环性能比较优越,但是仍会发生衰减, 2 对于长寿命需求的空间探索而言,还有待于进一步提高循环性能。同时。研究过经过长时期的循环后,从层状结构转变为立方尖晶石结构,特别程发现,LiCoO 2 是位于表面的粒子;另外,降低氧化钴锂的成本,提高在较高温度(<65℃)下的循环性能和增加可逆容量也是目前研究的方向之一。采用的方法主要有掺杂和包覆。 作为锂离子电池正极材料的锂钴氧化物能够大电流放电,并且放电电压高,放电平稳,循环寿命长。.因此成为最早用于商品化的锉离子蓄电池的正极材料,亦是目前广泛应用于小型便携式电子设备(移动电话、笔记本电脑、小型摄像机等)的正极材料。LiCoO2具有a-NaFeO2型二维层状结构,适宜于锂离子在层间的嵌人和脱出,理论容量为274 mA·h/g。在实际应用中,该材料电化学性能优异,热稳定性好,且初次循环不可逆容量小。实际可逆容量约为120~150 mA·h/g,即可逆嵌人/脱出晶格的锂离子摩尔百分数接近55 %。 在过充电条件下,由于锂含量的减少和金属离子氧化水平的升高,降低了材料的稳定性。另外由于Co原料的稀有,使得LiCoO2的成本较高。 LiCoO2生产工艺相对较为简单,其传统的合成方法主要有高温固相合成法和低温固相合成法。 高沮固相合成法通常以Li2CO3和CoCO3为原料,按Li/Co的摩尔比为1:1配制,在700~900℃下,空气氛围中灼烧而成。也有采用复合成型反应生成LiCoO2前驱物,然后在350~450℃下进行预热处理,再在空气中于700~850℃下加热合成,所得产品的放电容量可达150 mA·h/g。唐致远等以计量比的钴化合物、锂化合物为合成原料在有机溶剂乙醇或丙酮的作用下研磨混合均匀,先在450℃的温度下处理6h.,待冷却后取出研磨,然后再在6~10 MPa压力下压成块状,最后在900℃的温度下合成12~36 h而制得。日本的川内晶介等用Co3O4和Li2 CO3做原料,按化学计量配合在650℃灼烧10h制的温定的活性物质。章福平等按计量将分析纯LiNO3和Co(NO3)2·6H2O混匀,加适量酒石酸,用氨水调

2016-2020年全球及中国锂电池负极材料行业研究报告

2016-2020年全球及中国锂电池负极材料 ?锂电池主要由正极材料、负极材料、隔膜和电解液构成,其中负极材料在锂5%-15%,是锂电池的重要原材料之一。行业研究报告 电池中的成本占比为5%15%,是锂电池的重要原材料之。 ?2015年,全球锂电池负极材料销量达11.27万吨,产地主要为中国和日本。 未来5年,随着新能源汽车销量的逐年攀升,预计全球锂电池负极材料销量仍将 保持25%以上的增长速度。 ?目前,全球锂电池负极材料仍然以天然石墨和人造石墨为主,2015年占比 达83%左右。但是随着动力电池的需求提升,新型材料如中间相炭微球(MCMB )、钛酸锂(LTO )、硅碳(Si/C )、硬碳/软碳等负极材料产量也在快速增长。 ?近年来,受益于中国新能源汽车市场的爆发,负极材料销量快速增长,增速 明显快于全球平均水平。2015年,中国负极材料销量达7.28万吨,同比增长 42.7%,预计未来5年复合增长率仍将达到30%以上。 ? 全球负极材料市场由日本和中国的企业占据,其中日本企业在技术水平方面 处于领先地位,而中国由于石墨矿产资源丰富,在负极材料生产方面成本优势明 显。

?2015年,全球负极材料市场份额(按销量)排名前六的企业分别为贝特瑞、日立化成、杉杉股份、三菱化学、日本碳素和日本JFE,市场份额之和接近70%。其中日立化成、杉杉科技、日本碳素和日本JFE以人造石墨为主,贝特瑞、三菱化学以天然石墨为主。 ?截止2015年底,中国从事锂电池负极材料生产的企业达50余家,大部分是2010年之后新进入该行业。 其中负极材料产能达万吨以上的企业有贝特瑞、上海杉杉、江西紫宸、星城石墨4家,产能分别为3万吨、1.5万吨、1万吨和1万吨。未来几年,随着中国企业负极材料产能的持续扩大及工艺技术的提升,其负极材料市场占有率将会继续上升。 有率将会继续上升 水清木华研究中心《2015-2020年全球及中国锂电池负极材料行业研究报告》主要包括以下几个内容: ?全球锂电池负极材料行业市场规模及预测、竞争格局、新型负极材料发展情况等; ?中国锂电池负极材料行业产业政策、市场规模及预测、竞争格局、价格走势等; ?全球及中国负极材料上游原料行业(石墨、碳化硅、钛酸锂、石墨烯等)市场规模、竞争格局、进出口、价格走势等; ?全球及中国锂电池行业市场规模竞争格局对负极材料需求分析及预测等; 全球及中国锂电池行业市场规模、竞争格局、对负极材料需求分析及预测等; ?全球及中国15家负极材料生产企业简介、负极材料业务分析、经营状况等; ?全球及中国3家钛酸锂材料生产企业简介、钛酸锂材料业务分析、经营状况等。

锂离子电池三元镍钴锰正极材料研究现状综述

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-Ni-Co-Mn-O正极材料的研究进展,重点介绍了正极材料LiNi l/3Co l/3Mn l/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: LiMn x Co y Ni1-x-y O2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LiMn x Co y Ni1-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 x Co1-x-y O2 ,LiMn x Co y Ni1-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

各种锂离子电池正极材料分析

锂离子电池现使用的正极材料有如下几种: 1、钴酸锂 钴酸锂也是目前应用最为广泛的正极材料,钴产生3.9V(vs. Li)的电势平 台,对钴酸锂而言,对应于其理论容量,高达274mAh/g,实际容量可达155mAh/g,具有很高的能量密度。主要应用于便携电池领域:如手机,PDA;移动DVD; MP3/MP4、笔记本电脑。 1)结构缺陷 对钴酸锂(LixCoO2,00.55 时,材料的容量发生严重的退化,其层状结构倾向于塌陷,使得实际可利用的容量不超过155mAh/g,为了能够更多的利用LiCoO2 中的锂离子,人们采用掺杂、包覆等办法对其改性。目前,有多种元素应用于LiCoO2 掺杂,但只有Mn 和Al 表现出较好的效果。 在Li 过分脱出时(E>4.2V 时),LiCoO2 发生严重的过充现象,化学键发生断 裂而释出O2,导致体系的不稳定,甚至有使电池爆炸的危险。 2)资源缺乏 钴在我国属于稀缺资源,我国钴矿矿床规模较小,矿区储量大于2 万吨的只 有甘肃金川和青海德尔尼两处,矿区储量大于1 万吨的有河北、四川、海南、新 疆4 省。截至2006 年底,我国探明钴储量47.1 万吨。由于连年开采,我国钴储 量逐年减少。我国钴产量应该在4900 吨左右。2002 年我国钴消费量为4845 吨,比2001 年增加了22%。从2002 年起,电池行业已超过硬质合金行业,成为我国 钴消费的第一大行业。由于目前我国未发现大规模有开采价值的钴矿,我国锂电池正极材料用钴酸锂的生产基本上是从国外进口价格昂贵钴原料。 2、镍酸锂 Ni4+/Ni3+电对能产生3.75V 的电势平台。它能可逆的嵌脱0.7Li,具有接 近200mAh/g 的循环容量,但在实际中,很难得到这个结果。首先在高温下,由于Li 的挥发,很难合成化学计量比LiNiO2,高温时六方相的LiNiO2 很容易向立方相的LiNiO2 转变,这种锂镍置换的立方相的没有电化学活性,而且这个反应的逆过程很慢并且不完全。此外在充放电过程中,LiNiO2 还会发生一系列的结构变化,而导致嵌锂容量的损失。实际上镍酸锂无太大实用价值。 3、镍钴二元材料和多元复合材料 LiCoO2 价格昂贵,LiNiO2 合成困难,如果能够结合二者的优点,用价格相 对低廉的Ni 替代部分Co,合成具有LiCoO2 一样优良电化学性能地电极材料,那么将具有广阔的应用前景。由于半径相近,Ni 和Co 几乎可以以任何比例形成 固溶体。近几年来,多元混合掺杂的层状氧化物得到了大量的研究,不同金属原子比例的镍钴锰多元材料得到了研究,但是颗粒形貌和粒度分布不得到有效的控制,只有在足够高的电势下(大于4.5V)才能获得180mAh/g 的容量,此外没有从根本上改变钴系材料的特点。 4、尖晶石锰酸锂 尖晶石锰酸锂能够产生4.0 V 的电压平台,与钴酸锂相当,理论容量 148mAh/g,实际容量120mAh/g 左右,比现在所用的钴酸锂稍低。早在上世纪80

锂电池负极材料项目投资建议书

锂电池负极材料项目投资建议书 规划设计/投资分析/实施方案

锂电池负极材料项目投资建议书 负极材料最主要使用的是石墨化碳材料,其中天然石墨、人造石墨都 有了较大规模的产业化应用;同时新型硅碳复合材料也正在走向产业化应用。在石墨化碳类负极材料中,人造石墨循环寿命高、倍率性能好,且与 电解液相容性好,因此多用于动力锂电池;天然石墨虽然比能量略高于人 造石墨,但是倍率性能较差,首次放电效率较低,更多用于消费类锂电池。人造石墨良好的性能,得益于新能源汽车动力电池需求量的快速提升,国 内锂电池人造石墨负极出货量连续三年保持25%以上增速,2018年出货量 为12.9万吨,同比增长26.44%,占国内整个负极材料出货量的69%。 该锂电池负极材料项目计划总投资3756.83万元,其中:固定资产投 资2756.02万元,占项目总投资的73.36%;流动资金1000.81万元,占项 目总投资的26.64%。 达产年营业收入9198.00万元,总成本费用7098.64万元,税金及附 加78.50万元,利润总额2099.36万元,利税总额2467.43万元,税后净 利润1574.52万元,达产年纳税总额892.91万元;达产年投资利润率 55.88%,投资利税率65.68%,投资回报率41.91%,全部投资回收期3.89年,提供就业职位196个。

报告从节约资源和保护环境的角度出发,遵循“创新、先进、可靠、 实用、效益”的指导方针,严格按照技术先进、低能耗、低污染、控制投 资的要求,确保投资项目技术先进、质量优良、保证进度、节省投资、提 高效益,充分利用成熟、先进经验,实现降低成本、提高经济效益的目标。 ......

锂硫电池综述

高性能锂硫电池的研究进展 摘要:目前传统的锂离子电池在电子产品中发挥着重要作用。然而受到其较低的理论比容量的限制(约150~200Wh/kg),锂离子电池将难以满足人类发展的长远需求,例如电动汽车行业的发展。锂硫电池的理论能量密度为2600Wh/kg,是锂离子二次电池的3~5倍,是极具应用前景的电化学储能体系,近年来引起了研究人员的广泛关注。人们提高电极导电性、维持电极结构稳定性、提高硫的负载率和利用率以及加强电池循环寿命等方面开展了大量的研究工作。本文将就近几年锂硫电池的发展进行相关介绍和讨论。 关键词:锂硫电池正极材料纳米结构材料改性电解质电池结构 Research progress in High-Performance Lithium-Sulphur Batteries Ren Guodong (School of Metallurgy and Environment, Central South University,0507110402) Abstract:Lithium-ion batteries has played an important role in the electronics at present.But due to its low theoretical energy density ,which is only 150~200Wh/kg,therefore the lithium-ion batteries cannot meet the long-term needs of society in the future,just in the case of the development of electric vehicles.Lithium-sulphur battery is a promising electrochemical energy storage system which has high theoretical energy density of 2600Wh/kg,that is 3~5 times to lithium-ion battery.And it has arised more and more attentions recently.Great efforts have been made by reseachers to improve the conductivity of the electrode , the stability of electrode structure,the loading capicity of sulphur ,the utilization efficiency of sulfur in the cathode and the enhancement of cycle life of the battery.In this paper,the recent research of lithium-sulphur battery will be analyzed and discussed. Keywords:lithium-sulphur battery cathode material nano-structure modification electrolyte cell configuration 1.前言 电能储存技术和设备将会在未来社会发展中成为一项十分重要的需求。传统

锂电池几种正极材料的优缺点

锂电池几种正极材料的优缺点 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负极材料、电解质、隔膜和正极材料等。其中正、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。因此廉价、高性能的正、负极材料的研究一直是锂离子电池行业发展的重点。负极材料一般选用碳材料,目前的发展比较成熟。而正极材料的开发已经成为制约锂离子电池性能进一步提高、价格进一步降低的重要因素。在目前的商业化生产的锂离子电池中,正极材料的成本大约占整个电池成本的40%左右,正极材料价格的降低直接决定着锂离子电池价格的降低。对锂离子动力电池尤其如此。比如一块手机用的小型锂离子电池大约只需要5克左右的正极材料,而驱动一辆公共汽车用的锂离子动力电池可能需要高达500千克的正极材料。 衡量锂离子电池正极材料的好坏,大致可以从以下几个方面进行评估:(1)正极材料应有较高的氧化还原电位,从而使电池有较高的输出电压;(2)锂离子能够在正极材料中大量的可逆地嵌入和脱嵌,以使电池有高的容量;(3)在锂离子嵌入/脱嵌过程中,正极材料的结构应尽可能不发生变化或小发生变化,以保证电池良好的循环性能;(4)正极的氧化还原电位在锂离子的嵌入/脱嵌过程中变化应尽可能小,使电池的电压不会发生显著变化,以保证电池平稳地充电和放电;(5)正极材料应有较高的电导率,能使电池大电流地充电和放电;(6)正极不与电解质等发生化学反应;(7)锂离子在电极材料中应有较大的扩散系数,便于电池快速充电和放电;(8)价格便宜,对环境无污染。 锂离子电池正极材料一般都是锂的氧化物。研究得比较多的有LiCoO2,LiNiO2,LiMn2O4,LiFePO4和钒的氧化物等。导电聚合物正极材料也引起了人们的极大兴趣。 1、LiCoO2 在目前商业化的锂离子电池中基本上选用层状结构的LiCoO2作为正极材料。其理论容量为274mAh/g,实际容量为140mAh/g左右,也有报道实际容量已达155mAh/g。该正极材料的主要优点为:工作电压较高(平均工作电压为3.7V)、充放电电压平稳,适合大电流充放电,比能量高、循环性能好,电导率高,生产工艺简单、容易制备等。主要缺点为:价格昂贵,抗过充电性较差,循环性能有待进一步提高。 2、LiNiO2

【完整版】2020-2025年中国锂电池负极材料行业海外新兴市场开拓策略研究报告

(二零一二年十二月) 2020-2025年中国锂电池负极材料行业海外新兴市场开拓策略研究报告 可落地执行的实战解决方案 让每个人都能成为 战略专家 管理专家 行业专家 ……

报告目录 第一章企业海外新兴市场开拓策略概述 (6) 第一节研究报告简介 (6) 第二节研究原则与方法 (6) 一、研究原则 (6) 二、研究方法 (7) 第三节研究企业海外新兴市场开拓策略的重要性及意义 (9) 一、重要性 (9) 二、研究意义 (9) 第二章市场调研:2019-2020年中国锂电池负极材料行业市场深度调研 (10) 第一节锂电池负极材料概述 (10) 第二节我国锂电池负极材料行业监管体制与发展特征 (12) 一、行业主管部门和监管体制 (12) 二、行业主要法律法规及政策 (13) 三、进入行业的壁垒 (16) (一)客户壁垒 (16) (二)资金壁垒 (16) (三)技术壁垒 (16) 四、行业的技术水平和技术特点 (17) 五、行业的周期性、区域性及季节性特征 (18) 六、上下游行业之间的关联性及影响 (19) 七、主要进口国的有关进口政策 (20) 第三节2019-2020年中国锂电池负极材料行业发展情况分析 (20) 一、产品种类繁多,价格差异明显 (20) 二、材料类型繁多,人工石墨为主流 (24) (一)人工石墨性能优异,新型负极材料仍在摸索 (24) (二)人工石墨工艺更有工艺壁垒 (25) 三、下游需求扩张,行业增长短期加速、长期空间大 (26) (一)消费领域增长平稳,动力需求增长加速 (27) (二)人工石墨占比逐年提高 (32) 第四节2019-2020年我国锂电池负极材料行业竞争格局分析 (32) 一、行业竞争格局 (32) (一)全球锂电池负极材料集中度高 (32) (二)国内锂电池负极材料行业竞争格局将发生较大变化 (33) 二、我国锂电池行业负极材料主要生产企业 (33) 三、行业集中于中国,龙头优势明显 (34) 第五节需求升级,聚焦全球龙头供应链 (40) 一、进入门槛提升,客户粘度增强 (40) 二、电动全球化,龙头企业受益 (41) 三、龙头更具议价能力 (42) 四、降低成本,加速布局全产业链 (43) (一)原料端:龙头加速布局针状焦,成本压力趋缓 (43)

锂离子电池正极相关材

锂离子电池具有工作电压高、无记忆效应、环境友好等优点,已经成为21世纪绿色电池的首选。锂离子电池的关键材料之一是正极材料,目前商品化锂离子电池的正极材料主要是LiCoO2,但存在成本高、实际比容量偏低、抗过充电性能差、安全性能不佳等问题,严重阻碍了锂离子电池的进一步发展,限制了它在更广领域的应用,迫切需要研究者开发出成本低、性能优良、安全性高的锂离子电池正极材料以满足电动汽车等新兴行业的需求。 锂离子电池是绿色环保电池,是二次电池中的佼佼者。与镍镉电池(Cd.Ni)和镍氢电池(Ni.H)相比,锂离子电池具有工作电压高、比能量大、充放电寿命长、自放电率低等显著优点,且没有Cd-Ni电池中镉的环境污染问题。锂离子电池的上述特点,使其可以向小型化方向发展,因而适合于小型便携式电器电源,如移动电话、笔记本电脑、照相机等。这些电器与人们的商务活动和日常生活紧密相连,使用的群体广,新旧换代快。锂离子电池还可以用于电动工具和电动车电源替代Cd.Ni电池和铅酸电池,一方面Cd-Ni电池和铅酸电池的原材料上涨,成本提高,发展受限,我国出口退税政策调整;另一方面欧盟在2005和2006年相继出台了两项与化学品相关的RollS和REACH法令,前者限制了铅、镉等6种化学元素的使用,后者则规定上万种化学药品要重新注册。所以这为锂离子电池行业发展带来了新的机遇【l】。此外,锂离子电池也是航空航天和军事等领域要求空间上移动使用的新一代清洁安全能源,以及作为家庭和交通照明、备用电源、储能电站等时间上移动使用的储能调峰电源。因此锂离子电池有非常广阔的应用范围。 1.2锂离子电池发展简况 锂离子电池的发展可以追迥到锂二次电池,锂二次电池的研究最早始于20世纪60--70年代的石油危机,当时主要集中在以金属锂及其合金为负极的锂二次电池体系,但锂在充放电过程中由于电极表面的凹凸不平,导致表面电位分布不均匀,造成了锂的不均匀沉积。这种不均匀沉积导致锂在一些部位沉积过快,产生锂枝晶,当锂枝晶发展到一定程度时,一方面会发生折断,造成锂的不可逆损失;另一方面锂枝晶的产生会刺穿电池的隔膜,将正极与负极连接起来,引起短路,产生大电流进而生成大量的热,引起电池着火甚至爆炸,从而引发严重的安全问题,因此这种电池未能实现商品化【2】。锂二次电池的突破性发展源于Armand 的“摇椅电池(Rocking chair batteries)”的构想,即采用低插锂电势的嵌锂化合物代替会属锂为负极,与高插锂电势的嵌锂化合物组成二次锂离子电池。Scrosati等【3】以LiWO2或Li6FeO3为负极,以TiS2、WO3、NbS2或V2O5为正极组装成二次电池。1987年,Aubom等【4】装配了以MoO2或WO2为负极,LiCoO2为正极的“摇椅式”电池。与金属锂为负极的二次锂电池相比,这些电池的安全性能和循坏性能大大提高。但由于MoO2和WO2等负极材料的嵌锂电位较高(07~2.0 V vs Li+/Li),因此未能得到实际应用。1990年日本Sony能源技术公司首先推出实用型锂离子电池。该电池既克服了二次锂电池循环寿命短、安全性差的缺点,又较好地保持了二次锂电池高电压、高比能量的优点。由此,二次锂离子电池在全世界范围内掀起了研究开发热潮,并取得了巨大的进展净。 锂离子电池的关键材料之一是正极材料,所以锂离子电池对正极材料的要求也很高。从上世纪70年代开发锂电池起,经过30多年的研究,多种嵌锂化合物可作为锂离子电池的正极材

2017年中国锂电池行业发展现状及未来发展前景预测

2017年中国锂离子电池行业发展现状分析及未来发展前景预测 核心提示:全球锂离子电池行业呈现三国鼎立的竞争格局。由于整个二次电池的产业链几乎已经转移至亚洲,在中国、日本、韩国相继扩大生产的背景下,2016年中国、韩国、日本三国占据了全球锂电池电芯产值总量的98.11%。三国的竞争策略各不相同。日本竞争 全球锂离子电池行业呈现三国鼎立的竞争格局。由于整个二次电池的产业链几乎已经转移至亚洲,在中国、日本、韩国相继扩大生产的背景下,2016年中国、韩国、日本三国占据了全球锂电池电芯产值总量的98.11%。三国的竞争策略各不相同。日本竞争策略上关注技术领先。韩国更偏重于消费型锂离子电池的发展。中国锂离子电池市场规模在全球市场的份额呈现逐年上升的态势。 2010-2020年中国及全球锂电产值 数据来源:公开资料整理 国内锂离子电池市场的发展处于行业的高速增长期。2010年至2016年我国锂离子电池下游应用占比呈现消费型电池占比逐年下降、动力类占比逐年提升的格局。2016年受消费电子产品增速趋缓以及电动汽车迅猛发展影响,我国锂离子电池行业发展呈现出“一快一慢”新常态。2016年,我国电动汽车产量达到51.7万辆,带动我国动力电池产量达到33.0GWh,同比增长65.83%。随着储能电站建设步伐加快,锂离子电池在移动通信基站储能电池领域逐步推广,2016年储能型锂离子电池的应用占比达到4.94%。 2010-2016年我国锂离子电池下游应用占比 数据来源:公开资料整理 业务发展方向契合政策,发展前景良好。我国锂离子电池材料及设备行业平均利润水平总体上呈现平稳波动态势,在不同应用领域及细分市场行业利润水平存在差异。一般而言,在低端负极产品和涂布机领域,门槛低,竞争充分,利润水平相对较低。而中高端负极材料、涂布机以及新兴的涂覆隔膜、铝塑包装膜,产品技术含量高,在研发、工艺改善、客户积累、资金投入等方面进入壁垒较高,附加价值较高,优质企业能够在该领域获得较好的利润率水平。 全球负极材料产业集中度极高,江西紫宸全球份额持续提升。目前锂离子电池负极材料生产企业主要在中国和日本,两国总量占全球负极材料产销量90%以上。负极材料产品市场呈现出明显的寡头垄断格局。2015年前五强贝特瑞、日立化成、江西紫宸、上海杉杉、三菱化学的全球市场份额分别是20%、18%、13%、10%、7%,全球前五大企业市场份额合计占比为68%。江西紫宸2016年全球份额提升至10.5%,国内份额提升至14.8%,预计2017年

中国锂电池负极材料行业研究-行业产业链、行业简介及分析

中国锂电池负极材料行业研究-行业产业链、行业简介及分析 (一)行业产业链 公司处于锂离子电池制造产业链的中游,主要原材料为焦类产品、初级石墨等;公司生产的负极材料供应给电池厂商,并最终应用于动力电池市场、消费电池市场和储能电池市场。 负极材料产业链全景图 由于每家锂离子电池生产企业对负极材料的技术指标要求均有不同,因此负极材料行业内公司通常采用“以销定产、以产定购、产品直销”的经营模式,在样品通过小试、中试、大试、小批量和批次稳定性测试程序后,进入客户供应商体系,与客户保持稳定、长久的合作关系,并获得持续的利润来源。

(二)锂离子电池与负极材料简介 1、锂离子电池简介 电池按工作性质通常分为一次电池和二次电池。一次电池是不可循环使用的电池;二次电池可以多次充放电、循环使用,如已实现商业化应用的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池等。 锂离子电池是指分别使用两种不同的能可逆地嵌入与脱嵌锂离子的化合物作为正极与负极的二次电池。电池充电时,正极的锂原子电离为带正电荷的锂离子和电子。带正电的锂离子从正极出发,穿过薄膜后到达负极,并在负极与电子合成锂原子。电池放电时则完全相反,锂离子从负极材料表面电离为锂离子和电子,其中带正电荷的锂离子从负极出发,穿过薄膜后到达正极,并与电子合成锂原子。 采用不同正极材料的锂离子电池工作原理不存在差异。钴酸锂是锂离子电池的一种常用材料,其他常用的正极材料还包括三元材料、磷酸铁锂材料等。以钴酸锂(LiCoO2)为正极材料的锂离子电池为例说明锂离子电池工作原理,具体如下: 锂离子电池工作原理说明

相对于传统的二次电池(如铅酸电池),锂离子电池具有能量密度高、循环寿命长、充放电性能好、使用电压高、无记忆效应、污染较小和安全性高等优势。经过多年的发展,锂离子电池的生产工艺已经趋于成熟,价格逐步下降,同时在国家政策大力助推的背景下,锂离子电池在电池行业的市场份额持续提升。 锂离子电池的终端应用包括动力电池市场、消费电池市场和储能电池市场。2018 年,动力电池受新能源汽车市场强劲需求带动,销量同比增长46.1%,达65GWh,为锂离子电池最大的应用终端;消费电池市场经过多年的发展,已趋于成熟,2018 年受消费电子整体低迷的影响,数码锂离子电池销量略有下滑,销量为31.8GWh,同比下降2.2%。但受益于5G和柔性屏的推出,消费电池市场仍有可观的增长空间;储能电池市场目前仍处于发展初期,未来发展空间较大,受益于通信储能行业的发展和电力储能市场的

锂离子电池正极材料的分析研究现状和展望

本文由兰大材料物理贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT,或下载源文件到本机查看。 维普资讯 https://www.360docs.net/doc/5610615902.html, 第36卷第3期2007年3月 化 工 技 术 与 开 发 V0.6No313. Ma.07r20 Tehooy&DeeometoeclIdsrcnlgvlpnfChmianuty 锂离子电池正极材料的研究现状和展望 曹艳军,龙翔云,云峰程 < 广西大学化学化工学院,广西南宁 摘 500)304 要:介绍了锂离子正极材料氧化钴锂、氧化镍锂、酸铁锂等的研究开发现状,磷对其特性进行了总结。 文献标识码:A文章编号:6190 < 070—06017—9520)301—3 关键词:锂离子电池;正极材料;容量 中图分类号:91TM1 锂离子电池是以2种不同的能够可逆地插入及脱出锂离子的嵌锂化合物分别作为电池的正极和负极的2次电池体系。充电时,锂离子从正极材料的晶格中脱出,经过电解质后插入到负极材料的晶格中,使得负极富锂,正极贫锂;放电时锂离子从负极材料的晶格中脱出,过电解质后插入到正极材料经的晶格中,使得正极富锂,负极贫锂。这样正负极材料在插入及脱出锂离子时相对于金属锂的电位的差值,就是电池的工作电压【ll。锂离子电池是性能卓越的新一代绿色高能电池已成为高新技术发展的重点之一。锂离子电2,池具有以下特点:高电压、高容量、低消耗、无记忆效应、无公害、体积小、内阻小、自放电少、循环次数多。因其上述显著特点,锂离子电池已应用到移动电话、笔记本电脑、摄像机、数码相机等众多民用及军事领域。另外,国内外也在竞相开发电动汽车、航天和储能等方面所需的大容量锂离子电池【3 ̄锂离子电池的主要构成材料包括电解液、隔离 ①层状或隧道结构,以利于锂离子的脱嵌,且 在锂离子脱嵌时无结构上的变化,以保证电极具有 良好的可逆性能; ②锂离子在其中的嵌入和脱出量大,电极有较高的容量,并且锂离子脱嵌时,电极反应的自由能变化不大,以保证电池充放电电压平稳;③锂离子在其中应有

AA-2009-锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展

锂离子电池聚阴离子型硅酸盐正极材料的研究进展3 左朋建,王振波,尹鸽平,程新群,杜春雨,徐宇虹,史鹏飞 (哈尔滨工业大学化工学院,哈尔滨150001) 摘要 综述了硅酸盐正极材料的设计、特性、制备及电化学性能,介绍了基于密度泛函理论的量子化学计算在锂离子电池材料设计中的方法和理论,认为进一步开展Li 2MSiO 4及其复合材料的理论和实验研究可以获得性能优异的高容量正极材料。 关键词 锂离子电池 正极材料 硅酸盐材料 量子化学计算 电化学性能中图分类号:TM912.9 文献标识码:A Research Progress on Poly 2anionic Silicate Cat hode Materials for Lit hium Ion Batteries ZUO Pengjian ,WAN G Zhenbo ,YIN Geping ,C H EN G Xinqun , DU Chunyu ,XU Yuhong ,S H I Pengfei (School of Chemical Engineering and Science ,Harbin Institute of Technology ,Harbin 150001) Abstract The progress on the design ,preparation ,characteristics and electrochemical performance of silicate cathode materials for lithium ion batteries is reviewed.The quantum chemistry method based on the DFT is introduced to accomplish the design of lithium ion batteries.The theoretical and experimental studies on the Li 2MSiO 4and its composite are key factors to the development of next generation of high 2capacity lithium ion batteries. K ey w ords lithium ion battery ,cathode material ,silicate material ,quantum chemistry calculation ,electro 2chemical performance  3高等学校博士学科点专项科研基金新教师基金(200802131064);国家自然科学基金(20673032);中国博士后科学基金(No. 20070420860);哈尔滨工业大学科研创新基金(HIT.NSRIF.2008.25)  左朋建:男,博士后,讲师 尹鸽平:女,教授,博士生导师 Tel :0451286403216 E 2mail :zuopj @https://www.360docs.net/doc/5610615902.html, 锂离子电池自20世纪90年代商业化以来,由于具有工作电压高、能量密度大、自放电率低、循环寿命长、无记忆效应以及环境友好等优点而成为便携式电子产品的理想电源。近年来新一代电子产品及动力工具的开发与应用对二次电源系统的比能量和比功率提出了更高要求,而新型高容量电极材料特别是正极材料的设计与制备是获得高性能锂二次电池的关键。 锂离子电池正极材料主要有无机金属化合物材料、有机分子材料和聚合物材料3大类[1],其中无机金属化合物材料已经由初始的金属硫化物发展到目前应用的金属氧化物。但是上述正极材料各自具有一些难以克服的缺点,如比容量偏低、价格较高、循环性能不理想以及存在安全隐患等[2]。相对于负极材料的研究,在过去一二十年里,尽管科学家们付出诸多努力开发出多种正极材料,但具有理想容量的可实用化材料始终未能得到[3]。目前商业化锂过渡金属氧化物的理论容量也相对较低,而且材料在充电态时由于具有强的氧化性而易与电解液发生反应,从而影响电池的安全性能。 以LiFePO 4为代表的聚阴离子型正极材料的出现为下一代高比能量、高比功率锂离子电池的出现注入了强劲动 力[4]。作为安全廉价正极材料的重要选择,聚阴离子型的硅 酸盐正极材料如Li 2FeSiO 4和Li 2MnSiO 4也引起了科研工作者的重点关注,特别是在此类材料的通式(Li 2MSiO 4)中由于含有的活性锂较LiFePO 4材料多1倍,因此,硅酸盐聚阴离子正极材料的开发为寻找新型高容量电极材料提供了重要的可行性。如在Li 2MnSiO 4材料中,由于不同于Li 2FeSiO 4化合物中的Fe 只存在2种价态过渡金属离子(Fe Ⅱ和Fe Ⅲ), Mn 存在更高的氧化态,即若从Li 2MnSiO 4材料中脱出的锂 离子超过1个(单位化学式中),那么Mn Ⅲ(对应的化合物为 LiMnSiO 4)就能进一步氧化为Mn Ⅳ,并最终生成全脱锂态的Mn Ⅳ SiO 4化合物。如果全脱锂态的化合物是稳定的,那么其 对应的可逆容量可以达到333mA ?h/g 。这将会是自1991年锂离子电池问世以来电极材料容量研究领域一个重要的突破。然而,目前的聚阴离子型硅酸盐正极材料的实际可逆容量大都维持在100mA ?h/g 左右,即使起始几个循环的可逆容量较高,其后材料也会发生较大的容量衰减。 因此,进一步明确此类正极材料的结构特性和嵌脱锂反应机理,找到材料的失效机制和容量衰减原因,完成高容量、安全性好的复合型聚阴离子硅酸盐正极材料的设计和制备,

动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展

动力锂离子电池及其负极材料的现状和发展 2010-11-10 14:45:06 中国石墨碳素网 文/苗艳丽杨红强岳敏 天津市贝特瑞新能源材料有限责任公司 随着汽车行业的发展,石油、天然气等不可再生石化燃料的耗竭日益受到关注,空气污染和室温效应也成为全球性的问题。为解决能源问题、实现低碳经济,基于目前能源技术的发展水平,电动汽车技术逐渐成为全球经济发展的重点方向,美国、日本、德国、中国等国家相继限制燃油车使用,大力发展电动车。作为电动汽车的核心部件——动力电池也迎来了大好的发展机遇。动力电池是指应用于电动车的电池,包括锂离子电池、铅酸电池、燃料电池等,其中,锂离子电池因具有比能量高、比功率大、自放电少、使用寿命长及安全性好等特性,成为目前各国发展的重点。 国外政府及企业在动力锂离子电池研发上均做出了很大的努力。我国的锂离子电池产业起步虽较晚,但发展速度非常快,同时,政府给予了大力的支持。“十一五”期间,“863”电动汽车重大专项对混合动力(HEV)、外接充电式混合动力(PHEV)用锂离子电池关键材料和电池进行了专门的研究。 与锂离子电池其他部件相比,锂离子电池负极材料的发展较为成熟。在商业应用中,石墨类碳材料技术较为成熟,市场价格也比较稳定,但随着锂离子动力电池对能量密度、功率密度、安全等性能的要求不断提升,硬碳、钛酸锂(Li4Ti5O12)、合金等其他材料也相继成为研究热门。 一、动力锂离子电池负极材料简介 1.动力锂离子电池负极材料特性 锂离子电池由正极、负极、电解液、隔膜和其他附属材料组成。锂离子电池负极材料要求具备以下的特点:①尽可能低的电极电位;②离子在负极固态结构中有较高的扩散率;③高度的脱嵌可逆性;④良好的电导率及热力学稳定性;⑤安全性能好;⑥与电解质溶剂相容性好;⑦资源丰富、价格低廉;⑧安全、无污染。 2.动力锂离子电池负极材料主要类型 早期人们曾用金属锂作为负极材料,但由于存在安全问题没有大规模商业应用。目前,对锂离子电池负极材料的研究较多有:碳材料、硅基材料、锡基材料、钛酸锂、过渡金属氧化物等。本文将主要介绍3类负极材料:碳材料、合金材料(锡(Sn)、硅(Si)等)和钛酸锂。 (1)碳材料 碳材料是人们最早开始研究并应用于锂离子电池生产的负极材料,至今仍然为大家关注和研究的重点。碳材料根据其结构特性可分成3类:石墨、易石墨化碳及难石墨化碳(也就是通常所说的软碳和硬碳)。软碳主要有中间相炭微球、石油焦、针状焦、碳纤维等;硬碳主要有树脂碳(如酚醛树脂、环氧树脂、聚糠醇PFA-C 等),有机聚合物热解碳(包括聚乙烯醇基、聚氯乙烯基、聚丙烯腈基等)以及碳黑等。由于软碳与石墨的结晶性比较类似,一般认为它比硬碳更容易插入锂,即更容易充电,安全性也更好些。 石墨类碳材料技术比较成熟,在安全和循环寿命方面性能突出,并且廉价、无毒,是较为常见的负极材料。常规锂离子电池负极材料包括天然石墨、天然石墨改性材料、中间相炭微球和石油焦类人造石墨。天然石墨和天然石墨改性材料价格比较低,但是在充放电效率和使用寿命方面有待进一步提高。中间相炭微球结构特殊,呈球形片层结构且表面光滑,直径在5~40μm之间,该材料独特的形貌使其在比容电量(可达到330mAh/g以上)、安全性、放电效率、循环寿命(循环次数达到2000次以上)等方面具有显著优势,但是成本有待降低。石油焦类的产品在放电效率和循环寿命方面比较突出,但存在着高成本和制备工艺复杂的问题。 近年来,随着研究工作的不断深入,研究者发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整,或使石墨部分无序化,或在各类碳材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构,有利于锂在其中的嵌入-脱

锂离子电池正极材料锰酸锂的研究现状

锂离子电池正极材料尖晶石型锰酸锂的研究进展 摘要:尖晶石型锰酸锂能量密度高、成本低、无污染、安全性好、资源丰富,是最有发展潜力的锂离子电池正极材料之一。但是循环过程中容量衰减较快成为制约其发展的主要因素。本文详细阐述了锰酸锂的各种制备方法及其优缺点,综述了近几年来在表面修饰和体相掺杂改性方面的研究进展。 关键词:锂离子电池;锰酸锂;正极材料;表面改性 Research Progress of Lithium Manganate as Cathode Material for Lithium Ion Batteries Abstract: Spinel LiMn2O4is a potential cathode material for lithium ion batteries due to its high energy density,low cost,no pollution to environment and safety performance. The various preparation methods of lithium manganese acid and its advantages and disadvantages were detailed. The research achievements on phase doping modification,surface modification of LiMn2O4 were reviewed. Key words: lithium ion battery; lithium manganate;anode material; surface modification 1前言 锂离子电池是性能卓越的新一代绿色环保、可再生的化学能源,目前正以其它电池所不可比拟的优势迅速占领了移动电话、笔记本电脑、小型摄像机、数码照相机、电动工具、电动汽车等应用领域,

锂离子电池电极材料综述(精)

锂离子电池电极材料综述 一、引言 从上世世纪70年代起锂离子电池的研究至第一个可充式锂-二硫化钼电池于1979年研究成功,再到1991年SONY公司首次推出商品化锂离子电池产品算起,锂离子电池的发展至今已有30多年的时间。锂离子电池是以Li+嵌入化合物为正负极的二次电池,实际上是一个锂离子浓差电池,正负极由两种不同的锂离子嵌入化合物组成。与其它蓄电池相比,锂离子电池具有开路电压高、循环寿命长、能量密度高、安全性能高、自放电率低、无记忆效应、对环境友好等优点。目前,锂离子电池已经被广泛应用于移动通讯、便携式笔记本电脑、摄像机、便携式仪器仪表等领域。随着这些电器的高能化,轻量化,对锂离子电池的需求也越来越迫切。同时被看作是未来电动汽车动力电源的重要候选者之一,并在空间技术、国防工业等大功率电源方面展示出广阔的应用前景 二、工作原理 锂离子电池通常正极采用锂化合物,负极采用锂-碳层间化合物。电介质为锂盐的有机电解液。充电时,Li+从正极脱嵌经过电解质嵌入负极,正极处于贫锂态,同时电子的补偿从外电路供给到碳负极,保证负极的电荷平衡。放电时, Li+从负极脱嵌经过电解质嵌入正极,正极处于富锂态。在正常充放电过程中, Li+在层状结构的碳材料和层状结构的金属氧化物的层间嵌入和脱出,一般只引起层面间距变化,不破坏晶体结构。 三、电极材料 (1)电极材料的性能要求 简单来说,电池主要包括正极、负极、电解质与隔膜四个部分。正极材料通常是一种嵌入化合物,在外电场作用下化合物中的锂可逆的嵌入和嵌出;负极材料一般是层状结构的碳材料。 锂离子电池正极材料在改善电池容量方而起着非常重要的作用。理想的正极材料应具备以下品质:点位高、比能量大、电池充放

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