磷酸鐵鋰離子電池正極材料行業(yè)發(fā)展

鋰離子電池的重要構成材料包括電解液、隔離材料、正負極材料等。正極材料占有較大比例,因為正極材料的性能直接影響著鋰離子電池的性能，其成本也直接決定電池成本高低。目前已經市場化的鋰離子電池正極材料包括鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等產品。

由于鋰離子電池正極材料生產所需的鋰、鈷、錳、鎳等金屬資源豐富，消費類電子產品、新能源汽車等鋰離子電池其下游應用市場迅速擴張，近年來我國鋰離子電池正極材料行業(yè)不斷發(fā)展壯大。國內鋰電正極材料行業(yè)集中度較高，已經形成了以京津地區(qū)、長江中下游地區(qū)和華南地區(qū)三大鋰電正極材料產業(yè)基地。

隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，我們假設2020年全球新能源汽車產銷量為300萬輛，平均單車電池容量40KWH，那么到2020年全球車用動力鋰電池需求預計為120GWH。那么全球鋰離子電池到2020年需求量約為240GWH，按照每KWH鋰離子電池需2.4kg正極材料來測算，全球正極材料需求在2020年將達到57.6萬噸，對應2016年產量，年復合上升率達到17.71%。因此目前來看，整個正極材料行業(yè)未來幾年內的行業(yè)需求增速小于行業(yè)擴產速度。

磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料在基礎研究方面已沒有太大技術突破空間，其能量密度和重要技術指標已接近應用極限。從技術進步的角度看，三元鋰離子電池材料由于具有高能量密度、較長循環(huán)壽命、較高可靠性等優(yōu)點，逐漸成為動力鋰電正極材料的主流。

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磷酸鐵鋰離子電池正極材料性能改進的方法

由于磷酸鐵鋰正極材料本身較差的導電率和較低的鋰離子擴散系數，國內外研究者在這些方面進行了大量的研究，也取得了一些很好的效果。其改性研究重要在3個方面:摻雜法、包覆法和材料納米化。

①摻雜法

摻雜法重要是指在磷酸鐵鋰晶格中的陽離子位置摻雜一些導電性好的金屬離子，改變晶粒的大小，造成材料的晶格缺陷，從而提高晶粒內電子的導電率以及鋰離子的擴散速率，進而達到提高磷酸鐵鋰離子電池材料性能的目的。目前，摻雜的金屬離子重要有Ti4＋、CO2＋、Zn2＋、Mn2＋、La2＋、V3＋、Mg2＋。

②包覆法

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在LiFePO4材料表面包覆碳是提高電子電導率的一種有效方法，碳可以起到以下幾個方面的用途：①抑制LiFePO4晶粒的長大，增大比表面積;②增強粒子間和表面電子的導電率，減少電池極化的發(fā)生;③起到還原劑的用途，防止Fe的生成，提高產品純度;④充當成核劑，減小產物的粒徑；⑤吸附并保持電解液的穩(wěn)定。

③材料納米化

相較在導電性方面的限制，鋰離子在磷酸鐵鋰離子電池材料中的擴散是電池放電的最重要也是決定性的控制步驟。由于LiFePO4的橄欖石結構，決定了鋰離子的擴散通道是一維的，因此可以減小顆粒的粒徑來縮短鋰離子擴散路徑，從而達到改善鋰離子擴散速率的問題。

采用離子摻雜、包覆、材料納米化3種改性方法對磷酸鐵鋰離子電池正極材料在電導率低、鋰離子擴散速率慢、低溫放電性能差等方面的不足有很大的改進。因此，通過以上方法來全面提高磷酸鐵鋰的綜合性能仍然是當前和今后該領域研究和應用的重要發(fā)展方向之一。