高能量密度锂离子电池正极材料的发展趋势_刘大亮
高能量密度锂离子电池正极材料的发展趋势
（ Ｌｉ Ｆｅ ＰＯ ） 因其 循环 寿命 长 、 原材料 资 源相对 丰 富 ， 因而成 为 国 内储 能基 站、 电动汽 车现 阶段 首选的正极材 料 。 可 以发现 ， 无 论是 以 ３ Ｃ 应 用为 代
池。 这 种转 变正 是 出于锂 离 子 电池 终
端市场对 能量密度 不断提升 的需求 。
北京 当升材料 科技股份有 限公司 （ 简称“ 当升科 技” ） 作为 国内唯一 以锂 电正 极材 料 为主 营业 务 的上 市公 司 ，
多年来一 直站在 国内锂 电正极 材料开
表 的小 型锂离 子 电池还是 以电动 汽车
动力 电池为 代表 的动力 锂离 子 电池 ，
都对 正极 材 料 的 能量 密 度 提 出 了 要
ｌ Ｎ Ｓ Ｉ Ｇ Ｈ Ｔ Ｅ薹
高能量密度锂 离子 电池 正极材料 的发展趋势
● 文 ／刘大亮 刘亚飞 陈彦彬 朱素冰
北京 当升材料科技股份 有限公 司
北京 矿 冶研 究 总 院
正极 材 料 是锂 离 子 电池 的 关 键
时为（ ＮＣＭ ） ］ 由于 其 较为 平 的 成 本、 能量 密度 、 循 环 及 安 全 性 能 等 成 为 便 携 电脑 、 电动 自行 车 、 电动 汽 车
等产 品 的主要选择。 磷 酸 铁 锂 材 料
电池正极材料发展趋势
电池正极材料发展趋势
电池正极材料的发展趋势主要涉及以下几个方面：
1.高容量材料：随着电动汽车和可再生能源的普及，对电池能量密度的要求越来越高。
因此，研究和开发具有更高比容量的正极材料成为一个重要趋势。
例如，钴酸锂、锰酸锂和镍酸锂等材料的改进，以提高其比容量和能量密度。
2.长循环寿命材料：电池的循环寿命直接影响着其可靠性和经济性。
因此，研究和开发具有长循环寿命的正极材料是一个重要方向。
例如，通过优化材料结构、表面涂层等方式，降低正极材料在充放电过程中的损耗，延长电池的使用寿命。
3.低成本材料：电池材料的成本是影响电池价格的重要因素之一。
因此，研究和开发低成本的正极材料是一个重要趋势。
例如，探索利用丰富资源和环保的材料替代昂贵的钴、镍等材料，降低电池制造成本。
4.高安全性材料：电池安全性是关乎用户生命财产安全的重要问题。
因此，研究和开发具有高安全性的正极材料是一个重要方向。
例如，减少正极材料的热失控和燃烧风险，提高电池在高温、过充、穿刺等极端条件下的安全性。
5.多功能材料：随着电池应用场景的不断拓展，对电池材料的多功能性要求也在增加。
因此，研究和开发具有多功能性的正极材料是一个重要趋势。
例如，结合正极材料的储能和催化功能，实现电池在能量存储和电化学催化领域的双重应用。
总的来说，未来电池正极材料的发展趋势是朝着高能量密度、
长循环寿命、低成本、高安全性和多功能性等方向不断进步，以满足不同应用场景对电池性能的不断提升和多样化需求。
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。
2023年锂电池正极材料行业市场前景分析
2023年锂电池正极材料行业市场前景分析一、市场背景随着人们生活水平的提高以及智能化的迅速发展，电子设备逐渐成为人们生活和工作的一部分。
锂电池作为一种新型的电池，性能优越、容量大、重量轻、使用寿命长，已经成为电子设备中最为普遍的电池之一。
锂电池的正极材料是锂电池的重要组成部分，直接影响着锂电池的性能和使用寿命，是锂电池产业链上不可或缺的重要环节。
二、市场规模目前，锂电池正极材料市场规模已经达到了数百亿元，整个市场的需求量在稳步增长。
随着智能手机、平板电脑、电动车等电子设备的普及和锂电池应用领域的不断拓展，锂电池正极材料的市场需求量将会进一步增长。
三、市场发展趋势1. 高性能、高比能量随着电子设备的普及和互联网的普及，人们对电子产品的要求越来越高，这就要求锂电池必须不断提高自身性能，提高能量密度。
正极材料的性能直接影响着锂电池的能量密度，因此，高性能、高能量密度的锂电池正极材料是未来发展的主要趋势。
2. 智能化生产智能化制造是未来工业的新趋势，锂电池正极材料行业也不例外。
未来，更多的生产线将会实现自动化程度的提高，更多的机器人将会投入到生产中，以提高生产效率和产能。
3. 绿色环保在当前全球环保意识不断提高的背景下，绿色环保已经成为了整个电池产业发展的不二选择。
未来锂电池正极材料的生产将会更加注重环保，减少污染和能源消耗。
四、市场机遇1. 消费升级人民生活水平的不断提高及电子设备市场的不断扩大，对锂电池市场的需求量也在不断增长。
未来市场将越来越偏向高端、个性化的消费需求，顶尖厂商将有机会成长为行业内的“风向标”。
2. 商业模式创新随着生产成本的不断降低，锂电池正极材料市场竞争也逐渐转向服务、品质、交期等领域。
未来优秀的企业将通过创新和合作在行业中增强竞争力。
3. 低碳经济未来，全球将会更加注重低碳经济模式，而锂电池正极材料行业正是低碳经济模式中的一个重要组成部分。
未来锂电池正极材料行业将会更加注重环保和可持续发展。
超高容量的锂电正极材料
超高容量的锂电正极材料随着电动汽车、便携设备和可再生能源的需求不断增长，对高容量锂电池的需求也在不断增加。
因此，研究人员一直在努力寻找新的正极材料，以提高电池的能量密度和循环寿命。
最近，一种被认为具有潜力的超高容量锂电正极材料引起了人们的关注。
这种新型材料具有许多令人振奋的特性，其中包括高容量、高循环寿命和良好的安全性能。
与传统的锂电池正极材料相比，这种材料能够存储更多的锂离子，并且在多次充放电循环后仍能保持高能量密度。
这意味着使用这种材料制造的电池将具有更长的使用寿命和更高的能量存储能力。
此外，这种超高容量的锂电正极材料还具有良好的安全性能。
它的结构稳定，能够有效地防止电池发生过热和短路，从而降低了电池爆炸或起火的风险。
这对于电动汽车和大型储能系统来说尤为重要，因为它们需要更安全可靠的电池技术来确保长期稳定的运行。
尽管这种新型材料具有许多优势，但也面临着一些挑战。
例如，它的制备成本可能较高，需要更多的研发投入和技术改进。
此外，其在大规模生产和商业化应用方面还需要进一步的研究和开发。
然而，随着科学技术的不断进步和投入，人们对这种超高容量的锂电正极材料充满了期待。
它有望为电池技术带来革命性的突破，为电动汽车、便携设备和能源储存系统提供更持久、更安全、更高效的能源解决方案。
总的来说，超高容量的锂电正极材料代表了电池技术领域的一次重大进步，它将为未来的能源存储和利用带来巨大的影响。
随着更多的研究和开发投入，相信这种材料将成为未来电池技术的重要组成部分，推动能源领域的发展和进步。
锂离子电池的发展趋势及其挑战
锂离子电池的发展趋势及其挑战随着信息技术和智能设备的快速发展，锂离子电池取得了广泛的应用，成为了移动电子设备、电动汽车以及能源储存系统的首选。
作为新能源技术的代表之一，锂离子电池的发展趋势备受关注。
同时，锂离子电池也遭遇着一些挑战，需要寻找更好的解决方案。
本文将从锂离子电池的发展趋势以及挑战两个方面进行探讨。
一、锂离子电池的发展趋势1. 高能量密度高能量密度是锂离子电池未来的重要发展方向之一。
随着人们对电动汽车、飞行器等高需求场景的不断涌现，锂离子电池不断提高能量密度成为必然趋势。
高能量密度意味着电池能够储存更多的电量，在同样大小、重量的情况下，使用时间和续航距离都得到了大幅提升。
在实现高能量密度的同时，还需要保证电池的安全性、稳定性等问题，这需要不断探索和研究。
2. 长寿命除能量密度外，锂离子电池的寿命也是一个重要指标。
随着人们对电池使用寿命的要求越来越高，如何提高锂离子电池的寿命成为一个重要话题。
目前，传统锂离子电池一般寿命在3-5年，需要不断更换，给用户带来一定的经济负担。
为解决这一问题，一些新型电池技术如锰酸锂、磷酸铁锂等被研究和开发出来，通过改变电池化学组成、改进制造工艺等方式，延长电池的使用寿命。
3. 超快充电随着人们对电量密度和电池寿命的追求，快充技术也已经成为了一种重要发展趋势。
目前，锂离子电池充电需要数小时的时间，在信息时代，这已经成为了限制移动电子设备、电动汽车发展的制约因素之一。
越来越多的研究机构和企业致力于探索快充技术，通过改变电池结构、电解液、电极材料等方式，实现了一些超快充电技术。
如Tianjin Lishen公司推出的高倍率充电技术，能够将电池充电时间从60分钟缩短至20分钟。
二、锂离子电池面临的挑战1. 安全问题锂离子电池在使用过程中，如果电池内部温度过高，会导致电池热失控，产生火灾、爆炸等严重安全问题。
尤其是电动汽车、飞行器等场景，一旦电池热失控会给人们生命财产带来严重损失。
2023年锂电池正极材料行业市场发展现状
2023年锂电池正极材料行业市场发展现状
锂电池正极材料是锂电池中重要的组成部分，它主要负责储存锂离子，能够影响到整个锂电池的性能和寿命。
随着新能源汽车、电子设备等领域的迅猛发展，锂电池正极材料行业也受到了广泛关注和重视。
本文将从锂电池正极材料市场规模、技术进步、关键厂商等方面对其市场发展现状进行分析。
一、市场规模
锂电池正极材料市场规模逐年扩大，据市场研究机构预测，到2025年，全球锂电池正极材料市场规模将达到210亿美元，其中中国市场将占有更大份额。
近年来，新能源汽车市场的迅猛发展和人们对于传统能源的淘汰加速，使得锂电池行业得到了飞速发展，锂电池正极材料市场也随之蓬勃发展。
二、技术进步
随着新能源汽车行业的迅猛发展，锂电池正极材料的技术也在不断地进步。
在材料研发方面，新型材料不断涌现，其中最重要的是钴酸锂、三元材料和钽酸锂等。
同时，国内一些锂电池企业为了追求更高效的电池性能，也在开展相关技术研究，以提高锂电池的能量密度和安全性能。
三、关键厂商
目前，全球锂电池正极材料市场上的主要厂商有上海硅达材料、赛轮、新日恒力、天齐锂业、昆明市钒钛磁体等国内外企业。
其中，中国企业在锂电池正极材料中占据比较重要的地位，因其价格低廉而受到国际市场的欢迎。
在国内市场上，上海硅达材料
和天齐锂业等企业占据了较大的市场份额，而在国际市场上，日本松下、LG化学、美国阿比特公司等企业也是锂电池正极材料领域的主要竞争者。
综上所述，随着新能源汽车、电子设备等领域的不断发展，锂电池正极材料市场将会得到更加广泛和深入的发展，技术和产品也将不断地得到优化，未来市场潜力将会更加巨大。
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。
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多元材料中过渡金属组分可以在很 C o含量 10%～15%的镍钴铝酸锂材料 料供应商日本住友金属矿山（SMM）已
宽的范围内调整，这也为多元材料带 来 了 不 同 的 产 品 性 能，因 而 被 认 为
（典型分子式为L i N i0.8C o0.15A l0.05O2， 简称“NCA”）。据悉，Tesla Model S的
电正极材料为主营业务的上市公司， 多年来一直站在国内锂电正极材料开
量高、放电电压平台高等优势，成为 求。3C产品要求轻便、小巧，因而极片 发及产业化的前沿。本文将结合当升
了 3C〔通讯产品（Communication）、 压实密度可以达到 4.1g / c m3的L C O 科技锂离子电池正极材料产品开发及
镍 酸 锂（L i N i O2）- L i C o O2-锰 酸 锂 L i M n O2）三类电化学活性物质性能 的 相 互 弥 补。这 种 性 能 的 相 互 补 充，
含量更高的多元材料的开发。2013年， 特斯拉（T e s l a）电动汽车异军突起，一 举成为全球电动汽车产业最耀眼的新
开发及商品化再次验证了提高正极材 料电化学活性物质含量在提升能量密 度上的效果。
的C o4+和更强的氧化性。因此单纯的掺 杂体系已无法解决如此复杂的问题。
4.35V LCO材料的开发是集成了 掺杂和包覆 2种工艺手段而完成，看 似 0.05V的提升却凝结着开发者大量 的努力。掺杂什么元素，以哪种形式掺 杂，掺杂量是多少，在哪个阶段进行？ 这其中几乎包含了上百种的可能。同 样，表面包覆的工艺设计也会遇到类 似的问题。做出正确选择的必要条件 是对不同技术路线产品性能的筛选及 全流程的成本核算。
料。多元材料N C M〔L i N i x C o y M z O2， x + y + z =1，M为 锰（M n）或 铝（A l），
相对较低的磷酸铁锂作为正极材料制 作动力电池。国务院在 2012年颁布的
对正极材料而言，放电比容量、工 作平台电压、粉体材料的填充性等是
一般简称“N C M”或“N C A”，不特指 《节能与新能源汽车产业规划（2011- 影响能量密度的几个关键因素。
提高正极材料能量密度的另一 个手段是提高材料的工作电压。对于 L C O来说，这种开发思路表现的更为 明 显。传 统 的 电 化 学 理 论 一 直 认 为， L C O材料充电时要确保L i1-xC o O2中 x的值要不大于 0.5，对应的充电截止 电压不高于 4.20V。如继续充电，L i + 从L C O晶体结构中被过度抽出，进而 导致晶体结构的不可逆坍塌，对材料 的循环稳定性及安全性能都会产生严 重的恶化。因此，早期的L C O材料一 般 在 4.20V下 使 用，0.5C（0.5C是 指 电池以一定的电流放电到截止电压 时，时间刚好 2h，这个一定的电流就 是 0.5C电流）容量发挥在 145m A h / g 左右。
523材料在不同的充电条件下放 电 比 容 量 数 据 见 图 2和 表 2。充 电 电 压 从 4.25V上 升 到 4.40V、4.50V和 4.60V，比 容 量 分 别 从 162.8mAh/ g 上 升 到 185.3m A h / g、196.9m A h / g 和 208.1m A h / g，比容量分别提高了
INSIGHT 透 视
高能量密度锂离子电池正极材料 的发展趋势
■ 文 / 刘大亮 刘亚飞 陈彦彬 朱素冰 北京当升材料科技股份有限公司 北京矿冶研究总院
正极材料是锂离子电池的关键 时为（N C M）〕由于其较为平衡的成 2020）》中明确提出，动力电池能量密
材料。从锂离子电池诞生之初，围绕 本、能量密度、循环及安全性能等成 度 2015年要达到 150W h / k g，2020年
正极材料的研发工作就从未停止。从 为便携电脑、电动自行车、电动汽车 达到 300Wh/kg。在这种指标要求下，
产品应用的角度来说，锂离子电池已 等 产 品 的 主 要 选 择。磷 酸 铁 锂 材 料 各大材料及电池厂商纷纷投入力量开
涵 盖 了 移 动 通 讯、便 携 电 脑、数 码 设 备、电 动 工 具、电 动 自 行 车、电 动 汽
完成了Ni含量在 85%～88%的 新 组 份 N C A材料的开发。与之相对应的是电
是可以兼顾小型锂离子电池和动力 电池组使用了 7 623颗 3.1A h的 18650 池供应商日本松下公司（Panasonh，含电池管理系 迅速地完成了 3.4A h18650电芯的开
4.40V下 使 用 的L C O材 料 将 是 下 一 阶 段 量 产 的 高 电 压 正 极 材 料， 全电池测试 0.5C的比容量可以达到 170 ～172m A h / g，能量密度在近几 年还很有优势。虽然仍是 0.05V的电 压提升，但从目前的开发进展看现有 的掺杂和包覆工艺似乎已经失去了作 用。解 决 问 题 的 关 键，一 方 面 在 于 进 一步提高L C O材料自身的结构稳定 性，另一方面要减弱L C O与电解液在 高电压充电状态下的反应活性。通过 这 2方面共同的改善才能提升L C O材 料在 4.40V电压下的性能。目前，只有
使多元材料兼具L i C o O2良好的循环 性能、L i N i O2的高比容量和L i M n O2 的 高 安 全 性 及 低 成 本 等 特 性。此 外，
星。T e s l a致胜的关键就是在其电动汽 车的“心脏”——动力锂离子电池中使 用了Ni含量为 80%～85%（摩尔分数）、
在NCA材料的基础上，是否还可以 继续提高Ni含量来提升正极材料的能 量密度？据称，Tesla动力电池的正极材
新材料产业 NO.11 2014 41
透 视 INSIGHT
一、通过提高电化学活性元素 料相比，523、622及 811材料的比容量 统（B M S）模组总质量 544k g。其电芯
含量提升放电比容量
分 别 增 加 6.3%、10.4%和 29.3%（见 的能量密度达到 252W h / k g，电池模
电压/V
4.5
4.2
3.9
3.6
3.3
3.0
4.25V 4.40V 4.50V 4.60V
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 比容量/（mAh/g）
图 2 NCM523 材料在不同充电电压下的充放电曲线
NCM333
NCM523
NCM811
NCM622
电压/V
实现锂离子（L i +）脱嵌过程中的电荷
3.6
平衡。N i存在N i2+到N i3+，以及N i3+到
N i4+两个氧化过程。C o只存在C o3+到
C o4+的氧化过程，且N i的氧化还原电
3.3
NCM333
NCM622 NCM811
压平台较低。因此N i元素含量的高低 是决定多元材料容量的主要因素。为 此，人们研究了L i N i1/3C o1/3M n1/3O2 （111型）、L i N i0.5C o0.2M n0.3O（2 523 型）、L i N i0.6C o0.2M n0.2O（2 622型）、 L i N i0.8C o0.1M n0.1O（2 811型）等 多 种 类型的多元材料。上述几种多元材料 在 0.2C倍率下充电到 4.25V、放电至
3.0 NCM523
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 比容量/（mAh/g）
图 1 不同组份多元材料的充放电曲线
表 1 不同组份多元材料的比容量对比
3.00V的充放电曲线如图 1所示。
材料类型
0.2C比容量/（mAh/g）
比容量增加/%
对 比 111、523、622、811等 4种 多
量 为 例，多 元 材 料 中 镍（N i）主 要 以
+2价 形 式 存 在（高 镍 材 料 主 要 为+3
价），钴（C o）主要为+3价，M n主要为
4.2
+4价。在 充 放 电 过 程 中，M n只 起 到
稳定结构的作用，并不参与电化学反
3.9
应，主 要 通 过N i和C o的 价 态 变 化 来
电脑产品（Computer）、消费类电子产 始终是小型锂离子电池的首选材料。 产业化方面的经验，综合介绍近期高
品（Consumer）3类产品，简称“3C”。〕 电动汽车方面，我国在产业化初期选 能量密度锂离子电池正极材料的开发
产 品 用 锂 离 子 电 池 的 首 选 正 极 材 择的是目前安全性能最好、使用门槛 趋势。
可以发现，无论是以 3C应用为代
北京当升材料科技股份有限公司
领域也基本形成了相应的正极材料 表的小型锂离子电池还是以电动汽车 （简称“当升科技”）作为国内唯一以锂
体系与之匹配。比如钴酸锂（L i C o O2， 简称“L C O”）材料，由于具备放电容
动力电池为代表的动力锂离子电池， 都对正极材料的能量密度提出了要
2012年，正 极 材 料 企 业 终 于 突 破了 4.20V充电上限的桎梏，实现了 4.30V LCO的量产。完成这一阶段性 突破的关键在于掺杂技术的进展。核 心在于结合适当的烧结工艺，使用了 镁（M g）、钙（C a）、锶（S r）、铝（A l）、硼 （B）、钛（T i）、钒（V）、铈（C e）、锆（Z r） 等元素中的一种或几种进行掺杂改 性。可以说，4.30V L C O的成功开发 打开了人们对L C O材料结构稳定性 的想象空间。但摆在面前很现实的问 题 是，继 续 提 高 充 电 电 压，必 然 带 来 L i +从结构中的进一步脱出，以及更多
多元材料自 1999年首次报道后 表 1）。因此，提升N i含量必然可以实 组 的 能 量 密 度 能 达 到 156W h / k g，