2-1中南大学-锂离子电池正极材料的产业化现状及发展趋势-2016-1-6-长沙锂电材料会议
锂离子电池正极材料发展趋势
锂离子电池正极材料发展趋势
1. 高镍正极材料：由于高能量密度、高电压和较高的容量保持率，高镍正极材料已成为锂离子电池领域的主要趋势。
这种材料与低钴、低铁和低镁含量的正极材料相比，具有更好的稳定性和循环寿命。
2. 固态电解质：与液态电解质相比，固态电解质具有更好的安全性和稳定性，且不会泄漏或起火。
这种新型材料广泛应用于高性能锂离子电池中。
3. 低成本正极材料：随着新一代电动汽车的崛起，锂离子电池的需求量与日俱增。
于是，低成本正极材料的研究变得越来越重要。
一些研究人员正在寻找新的材料和制备方法，以获得更便宜、更可持续的正极材料。
4. 高容量材料：高容量正极材料可以提高电池的能量密度，从而延长电池寿命并提高性能。
一些新型正极材料，如钙钛矿和锂钴氧化物，具有更高的容量和更长的寿命。
5. 高温稳定材料：高温稳定材料可以在高温环境下保持电池的性能和稳定性。
这种材料在电动汽车和航空航天等领域中应用广泛。
锂电正极材料市场状况及发展趋势
电子消费品市场对锂电的需求 在智能手机、平板电脑等更新换代需
求 日 趋 平 稳 。I D C 数 据 显 示 ，2017 年全球智能手机出货量 14.65亿 台（ 图 3），同 比 下 降 0 .3%，预 计 2 018年还将持续颓势，全年出货量约 为 14.62亿 台，同 比 下 降 0.2%。2017 年全球笔记本、平板电脑出货量 3.28 亿台，同比下降 2.3%，预计 2018年还 将进一步萎缩，预计全球出货量约为 3.11亿台，同比下降 5.3%。
由于航模、无人机、玩具、智能穿 戴等新兴市场的不断扩大，高倍率锂 电池销量也取得了高速增长。
由于小型消费电子产品的功能不 断增加，电动工具市场的不断扩大，新 兴倍率市场的不断出现，小型锂电对 正极材料的需求仍在平稳低速增加。
销售量/（万辆/年）
400 全球 中国
300
200
100
0 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018E 2019F 2020F 年份 图 2 2015-2020 年全球及我国电动汽车销量
与数码消费电子产品相反,由于 园林和家用电动工具的不断普及,小 型手持电动工具出货量增速明显。电 动工具市场普遍分布在欧美日发达 国 家，全 球 最 大 的 电 动 工 具 生 产 商 主要是美国的史丹利百得（S t e n l e y B l a c k & D e c k e r）公司，欧洲的罗伯 特·博世有限公司、喜利得（H i l t i）有 限公司、麦太保（M e t a b o）公司，日本
锂电池正极材料的现状和未来发展趋势
锂电池正极材料的现状和未来发展趋势锂离子电池可以说是目前世界上应用最成熟最广泛的新能源，如手机电脑等便携式电子产品，电动汽车，电动工具，储能项目。
特别是当前中国政府和资本疯狂投资支持新能源汽车和动力电池产业的发展。
放眼未来，锂电产业还有很长的一段路要走，比如高能量密度体系的开发，成本的进一步降低，资源的回收和利用等问题摆在我们面前。
今天给大家介绍下关于锂离子电池材料的现状和未来发展趋势。
我们知道锂电里所有的材料无非来自于自然界，那首先看一下元素周期表哪些元素能为我们所用呢？图1图1a为相关各种元素的价格和在地球上的储量图1b为相关元素的质量比容量和体积比容量上面只是让大家对正负极材料相关的元素有一个印象，并不能代表化合物本身的性质和可用性，下面大家再看一个更直观和经典的图表。
图2a.常见的正极材料电位和克容量值(LFSF-氟化铁酸锂铁，LTS-硫化锂钛)b.转化型正极材料的电位和克容量值c.常见的负极材料电位和克容量值d.所有的正负极材料电位和容量的均值图3一般情况下增强电池材料性能的策略如上图3所示：a.减小活性材料的粒径尺寸：带来更快的离子电子传导率/更高的表面活性/改善机械稳定性b.形成复合材料：引入导电介质/机械支撑机构c.掺杂和接枝官能团d.微调粒子的形态e.表面包覆f.对电解质的改性正极材料这里主要包括LCO，尖晶石LMO，橄榄石LFP等晶体结构。
大多数正极材料研究集中在过渡金属氧化物和聚阴离子化合物上，因为它们具有较高的电压和较高的容量(100-200mAh/g和3-5V平均电压)。
图4中(e)给出了这些典型的正极材料充放电曲线。
图4以下列举了具有代表性想正极材料特性以及目前的发展水平:表1过渡金属氧化物1.钴酸锂LCOLCO正极材料是由Goodenough首次提出，并且由Sony首先将其并成功商业化。
优点是高比容量，高电压，低自放电已经良好的循环性能，至今仍广泛应用。
主要的缺点是成本高，热稳定性差和高倍率和深循环的容量的快速衰上。
浅析锂电池正极材料发展前景
浅析锂电池正极材料发展前景
一、锂电池正极材料概述
锂离子电池的正极材料是电池最主要的部件，因而对正极材料研究有着重要的意义，也是当前电池技术研究的热点之一，是电池的“心脏”部分。
目前，实用工业锂离子电池的正极材料主要为锂钴酸锂（LiCoO2）和锂锌酸锂（LiZnO2），其中锂钴酸锂正极材料因其体积能量高、性能稳定等优势，成为当前锂离子电池的主要正极材料之一
二、锂电池正极材料的发展现状
由于LiCoO2正极材料的环境负担较大和荷电量比高，以及锂钴酸锂正极电极材料的高价格和复杂制备工艺，催生了新型高性能和低成本的正极材料的研究，使电池技术得以发展，也使锂电池能够满足新能源汽车技术的要求。
近年来，有机类锂电池正极材料发展较快，被广泛应用于家用电器、携带式设备、太阳能储能系统等方面。
例如，聚乙二醇态有机钝化剂（PEO）作为正极材料，可以提高锂离子电池的安全性。
此外，电化学发光锂离子电池正极材料也成为研究重点，可应用于夜间发光和安全性防非法侵入等场合。
三、锂电池正极材料的发展前景。
正极材料的发展趋势
正极材料的发展趋势
正极材料是锂离子电池中最重要的组成部分之一，它们对电池的性能和寿命有着重要影响。
未来正极材料的发展趋势主要包括以下几个方面：
1. 提高能量密度：目前商业化的正极材料通常采用的是钴酸锂、镍钴锰酸锂等材料，但它们的能量密度已经趋于极限。
未来正极材料需要探索新型材料，如锰酸锂、磷酸铁锂、钒酸铁锂、硅基材料等，这些材料具有更高的理论能量密度。
2. 提高安全性：锂离子电池的安全性一直是一个难以解决的问题，未来正极材料需要提高其安全性。
例如，采用高镍材料时需要控制材料表面的氧化，以避免材料在充电时发生过热等安全问题。
3. 降低成本：正极材料的成本是电池成本的主要组成部分之一，未来需要探索更加经济实用的材料，如低成本的钒酸铁锂、锰酸锂等。
4. 提高循环寿命：正极材料的循环寿命是影响锂离子电池寿命的重要因素之一。
未来需要探索新型材料，如硅基材料、锂硼氢化物等，这些材料具有更长的寿命和更好的循环性能。
总之，未来正极材料的发展趋势是多方面的，需要探索新型材料、提高能量密度、降低成本、提高安全性和循环寿命等方面。
锂离子电池正极材料的研究现状及进展
锂离子电池正极材料的研究现状及进展下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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锂离子电池正极材料的发展现状和研究进展
合物正极材料的发展现状和研究进展 。ＬＣ Ｏ 在今后正极材 料发展 中仍然 有发展潜力 ， ｉｏ ２ 通过微 掺
杂和包覆都可使钴酸锂的综合性能得到提高 ， 环性 能大大改善。环保 、 循 高能 的三元材料和磷酸铁
锂 为 代 表 的 新 型 正 极 材 料 必 将 成 为 下 一 代 动 力 电池 材 料 的首 选 。 关 键 词 ： 离子 电 池 ； 锂 正极 材 料 ； 酸铁 锂 ； 元 材 料 磷 三
体 积小 等突 出优点 ， 目前 ， 应用 已渗透 到 包 括 移动 其
电话 、 笔记 本 电脑 、 像 机 、 码 相 机 等 众 多 民用 及 摄 数
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 。 对锂离 子 电池 而 言 ， 主 要 构成 材 料 包 括 电解 其
１５ ｍＡ ／ 。其优 点为 ： 作 电压 高 ， ５ ｈ ｇ 工 充放 电 电压平
稳 ， 合大 电流 放 电 ， 适 比能 量 高 ， 环 性 能 好 。缺 点 循 是 ： 际 比容量 仅为 理论 容量 的 ５ ％左 右 ， 的利用 实 ０ 钴 率低 ， 抗过 充 电性能差 ， 较高 充 电 电压 下 比容 量迅 在
的快 速充放 电性 能 。
锂离子 电池 一般选 用 过渡 性金 属 氧化 物 为 正极
量大、 自放 电小 、 环 性 能 好 、 用 寿命 长 、 量 轻 、 循 使 重
材料 ， 一方 面过 渡金 属存 在混 合价 态 ， 电子导 电性 比 较理 想 ； 一 方 面 不 易 发 生歧 化反 应 。理 论 上具 有 另 层状 结 构 和 尖 晶石 结 构 的材料 ， 能做 锂 离 子 电池 都 的正 极材料 ， 由于制 备工 艺 上存 在 困难 ， 但 目前所 用
2024年锂离子电池正极材料市场发展现状
2024年锂离子电池正极材料市场发展现状引言近年来，锂离子电池作为一种高性能、高能量密度的电池，被广泛应用于移动通信、电动车辆和储能等领域。
正极材料是锂离子电池中起到存储和释放锂离子的关键组成部分，因此正极材料的性能对锂离子电池的性能表现起到至关重要的作用。
本文将从市场需求、发展趋势和技术创新等方面，对锂离子电池正极材料市场的发展现状进行分析。
市场需求分析随着电动车辆市场和储能市场的快速增长，对锂离子电池的需求也在不断增加。
传统的正极材料如钴酸锂等面临着资源紧缺和环境污染的问题，对新型正极材料的需求逐渐增加。
同时，随着手机、平板电脑等智能设备的普及，对电池的要求也更加高涨，因此市场对具有高能量密度、长寿命和安全性能的正极材料的需求也在不断提升。
发展趋势分析1.多元化发展：目前市场上主要使用的正极材料包括钴酸锂、磷酸铁锂和三元材料等，但随着技术的不断创新和进步，新型正极材料的研发也日趋活跃，如钒酸铁锂、锰酸锂等。
多元化的正极材料能满足不同领域的需求，提高锂离子电池的性能。
2.减少稀有金属使用：目前钴酸锂是主要的正极材料，但钴资源有限且价格较高，因此减少稀有金属的使用成为一个发展趋势。
磷酸铁锂和三元材料等非稀有金属正极材料在市场上得到了广泛的应用。
3.高能量密度化：随着科技进步，锂离子电池对高能量密度的需求也在不断增加。
新型正极材料的研发着重提高能量密度，以满足电动车辆和储能系统等高功率应用的需求。
技术创新1.结构设计创新：通过改变正极材料的结构，如纳米材料、多孔材料等，提高材料的特定表面积，增加锂离子的嵌入和释放效率，从而提高电池性能。
2.包覆材料创新：包覆材料可以缓解正极材料的体积膨胀、改善电池循环寿命和安全性能。
近年来，石墨烯等新型纳米材料在包覆材料领域得到了广泛应用。
3.添加剂创新：通过添加锂盐、导电剂和粘结剂等，改善正极材料的电导率和结构稳定性，提高电池性能。
总结锂离子电池正极材料市场在市场需求、发展趋势和技术创新等方面都呈现出不断发展的状态。
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由于NCA对湿度具有高度敏感性，因此在数码类小型电池中应用时，要求电池市场
环境严格控制湿度，与钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸铁锂等正极材料不同，NCA要 求在电池生产全过程均要控制湿度在10%以下，二其他材料目前只需注液工序对湿度进 行严格控制。 只要对湿度进行严格控制，并结合功能添加剂的加入，解决浆料易呈果冻状的问 题，提高电池循环稳定性，NCA完全可以在数码类电池中推广应用。
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NCA的发展趋势
NCA尽管具有很高的比容量，但也具有许多 缺点，未来NCA的发展趋势： ◆ 开发高压实NCA，进一步提高材料的体积比能量 ； ◆开发高电压NCA，进一步提高材料的比容量； ◆采用包覆工艺，降低NCA对湿度敏感性； ◆进一步改善NCA的结构稳定性，提高材料的安全性 。
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1、锂离子电池正极材料的简介
LMnO2/LiMn2O4 LiMePO4
LiCoO2
LiNixCoyAlzO2 LiNixCoyMnzO2
锂离子电池的特性和价格都与它的正极材料密切相关。 正极材料是锂离子电池技术的核心和关键。
正极材料的研制成为制约该类材料大规模推广应用的关键。
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2.1、高容量正极材料
（1）、高电压钴酸锂高电压LCO， （2）、 NCA （3）、高镍三元系材料NCM， （4)、富锂锰基固溶体OLO。
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2.2.1 高电压钴酸锂
钴酸锂：结构稳定，成熟产品，目前占据锂电池正极材料市场的主导地 位。但由于其高昂的价格和较差的抗过充电性，目前市场份额逐步被三 元系材料蚕食，从20世纪90年代的100%降至50%以下。。 LiCoO2作为锂离子电池正极材料却是在1980年Mizushima等人提出的， 后来由Sony公司才实现了商业化。 LiCoO2的未来主要朝高电压方向发展。目前主要高电压产品有4.35V和 4.4V ，容量由常规4.2V产品的140mAh/g提高至155和 160mAh/g，未来有可能将LiCoO2的电压提高至4.5V甚至4.6V，其 容量将相应提高至185和215mAh/g。正是由于高电压LiCoO2的发展 才延缓了被三元系材料替代的速率。 高电压LiCoO2的容量已接近或超过NCA，但随着电压的升高，安全性 和循环性能大大降低，因此高电压钴酸锂只能应用于数码类小电池，如 目前手机普遍采用高电压钴酸锂电池。
中南大学冶金科学与工程产业化进展缓慢的原因
（1）与镍的性质有关 NCA中的镍为+3价，合成的前躯体原料为+2价，Ni2+氧化成为Ni3+存在 较大的能垒，且Ni3+很不稳定，本来高温合成时升高温度可以提高 Ni2+氧化成为Ni3+的转化率，但由于Ni3+很不稳定，温度太高又导致 Ni3+的分解，因此NCA的合成温度既不能太低也不能太高，一般为 750-800°C之间，不能像钴酸锂合成温度可高到950-1000°C。 （2）Ni3+很不稳定，特别在有水存在下，LiNiCoAlO2 + H2O → NiO + LiOH + O2 LiOH + CO2 → Li2CO3 Li2CO3 + HF → LiF +CO2 由于存在以上反应，导致NCA表面碱性很高，在拉浆工序容易出现果冻 状，电池容易出现气胀。 （3）NCA需要纯氧气气氛烧结，且温度只有750-800°C，氧气扩散慢， 料层不能太厚，产能小。
梯度高镍三元系材料
2012年Yang-Kook Sun 在Nature Material上 报道了他们新开发的梯度高 镍材料，即从核到壳材料浓度连续变化，没有明显的壳核之分。
最内层：LiNi0.86Co0.10Mn0.04O2
最外层：LiNi0.70Co0.10Mn0.20O2
2、镍钴铝酸锂—NCA
因为Co和Ni具有相似的电子构型，相似的化学性质，离子尺寸差别很小， LiNiO2和LiCoO2可以发生等价置换形成连续固溶体LiNi1-yCoyO2，并保持层 状的α-NaFeO2型层状结构 。 为了得到更加稳定的高镍固溶体材料，除了加入钴外，添加Al，可以进一步 提高材料的稳定性和安全性，此种材料就是目前非常热门的NCA 材料。 NCA是目前商业化正极材料中比容量最高的材料。
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NCA的缺点
（1）NCA合成困难，二价镍离子难以氧化成三价，需要在纯氧气气氛下 产能氧化完全； （2）NCA吸水性强，需要在10%湿度以下生产和保存。 LiNiCoAlO2 + H2O → NiO + LiOH + O2 LiOH + CO2 → Li2CO3 Li2CO3 + HF → LiF +CO2 由于NCA吸水性强，存在以上反应，电池生产也需要在10%湿度以下条 件才能正常生产。由于NCA容易放出 O2，CO2等，电池容易气胀，最好 采用18650型圆柱电池生产。特斯拉就是用的圆柱电池。 （3）NCA的电压平台比钴酸锂要低0.1-0.15V，因此，在充电截止电压 4.2V情况下，要比NCO高得多，相对于现有的高电压钴酸锂。对于NCA 而言，提高充电电压对容量的增加没有钴酸锂显著。
锂电正极材料的产业现状及发展趋势
报告人：胡国荣 教授
中南大学冶金与环境学院 2016年 1月 6日
中南大学冶金科学与工程学院 中南大学冶金科学与工程学院
汇报内容
1、锂离子电池正极材料的简介 2、锂离子电池正极材料产品种类 2.1 高容量正极材料 2.1.1高电压钴酸锂高电压LCO， 2.1.2 镍钴铝酸锂NCA 2.1.3高镍三元系材料NCM 2.1.4富锂锰基固溶体OLO 2.2、高安全性正极材料 2.2.1锰酸锂， 2.2.2磷酸铁锂， 2.2.3磷酸锰铁锂， 2.3、高电压正极材料 2.3.1镍锰5V尖晶石材料 2.3.1磷酸锰锂 2.4、高功率（高倍率）正极材料 2.4.1磷酸铁锂/石墨烯复合材料 3、当前动力电池技术路线之争 ——正极材料选择 4、结语
产品
前驱体 前驱体、材料 材料
制备方法
氢氧化物共沉淀
产品类型
333、424、523、 622、811 333、424、523、 622、811 333、424、523、622、811
Umicore 3M、厦钨、科隆、天 骄、瑞翔、当升
日本化学、三星、LG、杉杉、 金禾、振华、巴莫等
共沉淀 高温固相
高温固相
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2.1.3、三元系材料（LiNixCoyMnzO2）
优点
比容量高 循环寿命长 安全性能好
缺点
平台相对较低 首次充放电效率低
价格低廉
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的电化学性能及物理性能
球形或类球形三元正极材料（用 于锂离子电池时，容量发挥稳定 （>145mAh/g，2.8~4.2V，1C）， 循环寿命长(>800次，1C)，高倍 率放电性能佳（>15C）。具有 LiCoO2的优良电化学性能和更优 良的安全性能，是替代LiCoO2的 理想正极材料；可逆克容量、安 全性能和循环性能高/优于 LiCoO2。
2500
2000
1500
1000
500
10
20
30
40
50
60
70
80
2 Theta
目前商业化三元系列材料
LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2
LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2
LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2
三元材料研究进展
厂家
金川、邦普、金禾、金天、华 友、等
三元材料的产业化现状
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2、锂离子电池正极材料产品种类
●高容量正极材料：高电压LCO，NCM，高镍三 元系材料NCM，NCA,富锂锰基固溶体OLO。 ●高安全性正极材料：锰酸锂，磷酸铁锂，磷酸铁 锂/石墨烯复合材料，磷酸锰铁锂，磷酸锰铁锂/ 石墨烯复合材料。 ●高电压正极材料：镍锰5V尖晶石材料，磷酸锰锂 ●高功率（高倍率）正极材料：磷酸铁锂/石墨烯 复合材料
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NCA产业化进展缓慢的原因
（4）NCA的生产原料Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2 早期合成技术不成熟，因为在
碱性体系下，三价铝的沉淀容易形成胶体，直至后来采用铝酸钠工艺 才解决铝的共沉淀难题。 （5）我国NCA比国外（主要是日本）发展缓慢的原因，主要是国内对 NCA的生产原料Ni0.8Co0.15Al0.05(OH)2 标准不确定，直至日本某公司委 托国内某公司代工才最终有了标准； （6）国内生产NCA的主要设备——窑炉未能满足要求，NCA需要纯氧气 气氛，因此需要窑炉密封，而生产密封连续式的氧气气氛辊道窑或推 板窑比氮气气氛窑炉难度大。 （7）国内电池厂家生产环境对湿度的控制达不到要求，NCA电池需要全 工序湿度控制在10%以下，国内一般只有注液工序对湿度有控制。
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LiNixCoyMnzO2的发展动向
• 低钴层状三元材料：钴是价格昂贵的稀缺资源， 降低钴含量可以节约材料的成本。目前已有钴含 量降到15%的材料得到应用。 • 高镍层状三元材料：如622,811等材料：高镍体系 材料合成要在氧气气氛下合成，合成难度较大， 容易产生锂镍混排，影响材料的性能。但是增加 镍含量可以增加材料的克容量，高镍产品必然是 将来大型电池发展的一种理想材料。 • 高镍三元系与NCA 类似，吸水非常严重，其生产 和使用都要严格控制湿度。
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