磷酸铁锂电池正极材料的性能分析及其行业发展

磷酸铁锂电池正极材料行业发展，锂电池正极材料性能。正极材料在锂电池的总成本中占据40%以上的比例，正极材料是决定锂电池性能的关键材料之一，也是目前商业化锂离子电池中主要的锂离子来源，其性能和价袼对锂离子电池的影响较大。

磷酸铁锂电池正极材料行业发展

锂电池的主要构成材料包括电解液、隔离材料、正负极材料等。正极材料占有较大比例,因为正极材料的性能直接影响着锂离子电池的性能，其成本也直接决定电池成本高低。目前已经市场化的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品。

由于锂电池正极材料生产所需的锂、钴、锰、镍等金属资源丰富，消费类电子产品、新能源汽车等锂电池其下游应用市场迅速扩张，近年来中国锂电池正极材料行业不断发展壮大。国内锂电正极材料行业集中度较高，已经形成了以京津地区、长江中下游地区和华南地区三大锂电正极材料产业基地。

随着新能源汽车行业的快速发展，我们假设2020年全球新能源汽车产销量为300万辆，平均单车电池容量40KWH，那么到2020年全球车用动力电池需求预计为120GWH。那么全球锂离子电池到2020年需求量约为240GWH，按照每KWH锂电池需2.4kg正极材料来测算，全球正极材料需求在2020年将达到57.6万吨，对应2016年产量，年复合增长率达到17.71%。因此目前来看，整个正极材料行业未来几年内的行业需求增速小于行业扩产速度。

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，三元锂电池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。

锂电池正极材料的基本要求

第一，材料自身电位高，这样才能与负极材料之间形成较大的电位差，带来能量密度高的电芯设计；同时带电离子嵌入脱出对电极电位影响小，则充放电过程，不会有过大的电压波动，不会给系统内的其他电气带来不利影响。

第二，材料含锂量高且锂离子嵌入脱嵌可逆。这是高容量的前提。有些正极材料，理论容量很高，但是有一半的锂离子，第一次嵌入以后就失去了活性。这样的材料，是无法投入商用的。

第三，锂离子扩散系数大，锂离子在材料内部的移动更迅速，嵌入和脱嵌的能力强。是影响电芯内阻的因素，也是影响功率特性的因素。

第四，材料比表面积大，有大量的嵌锂位置。表面积大，锂电池的嵌入通道相对较短，则嵌入和脱嵌更容易。通道浅的同时，嵌锂位置还要充足。

第五，与锂电池电解液的相容性和热稳定性好，这点是出于安全性考虑。正极材料与电解液不容易发生反应，以及在较高温度下依然结构稳定并且仍然不易与电解液反应。这样的材质，不会为电芯额外的热积累提供热量，可以减少电芯进入自生热阶段的概率。

第六，材料易得，且加工性能好。成本低，材料容易加工成电极，且电极结构稳定，是材料得到推广应用的有利条件。

正极材料对锂电池性能有什么影响？

电芯能量密度

每种正极材料都有其理论能量密度，选择了一种正极材料，就选择了电芯能量密度的上限。正极材料的用量设计和加工制作过程中的振实密度也对电芯成品的能量密度产生影响。

电芯功率密度

不同的正极材料种类，决定了锂电池充放电功率的大体范围。材料的一些细节，作为辅助因素，也会对功率特性造成影响。比如，正极材料的晶体结构稳定性，颗粒尺寸，掺杂原子，碳包覆工艺，材料的制备方法等。以上因素最终都是通过影响正极材料容纳锂离子的能力和脱嵌嵌入通道的通畅性来影响锂电池的功率密度。

电芯循环寿命

影响电芯循环寿命的因素很多，与正极材料相关的，主要有正极材料活性物质在循环使用中的损耗，以及充放电过程中，材料结构的崩坏引发的正极容纳锂离子能力的衰减。而正极材料中的杂质成分，比如单质铁和三价铁，都会与电解液相互作用，产生不良副反应，或者造成内部微短路。

锂电池材料总体存在中低端产能过剩与高端产品供不应求的现状。其中，正极材料、负极材料和电解液都已逐步自给，由于负极材料和电解液的技术壁垒相对较低，中国企业的成本优势明显在全球范围内拥有较强的竞争力。三元材料发展迅猛逐步成为主流。