钜大LARGE | 点击量：824次 | 2021年07月07日
2019锂电正极材料市场纵览
从市场趋势来看，近几年主要的出货量增长点在新能源汽车行业，其中动力锂电主流正极材料从磷酸铁锂转变为镍钴锰酸锂（NCM）和镍钴铝酸锂（NCA）。而由于小型数码锂电保持平稳，因此钴酸锂的使用量维持平稳。储能市场处于发展的初级阶段，基数较小，且增长以国际储能应用为主，这类储能电池主要选用了多元体系，因此磷酸铁锂的增长并不明显。锂电正极材料生产由中、日、韩三分天下，中国正极材料供应商占据半壁江山，但日、韩正极材料企业产量主要集中于两三个材料巨头，而中国的材料企业力量较为均衡，以中型企业为主，但近两三年，中国材料企业也出现了洗牌加剧，产量更集中于前几名材料企业的状况。2018年产量排名前十的材料企业，除日、韩各2家外其余都是中国企业。
受到中国新能源汽车动力锂电需求的直接刺激，国内外正极材料企业争相发布新的产能扩充计划。远超过需求的产能扩产计划将加剧行业洗牌，无技术优势和市场渠道的材料厂商将不得不退出动力锂电市场竞争。
全球锂电正极材料技术发展趋势
便携式数码锂电池中首先使用的锂电正极材料是钴酸锂，它能量密度高，但安全性较差、由于战略小金属钴占比较大，成本也比较高，因此不适合应用于车用动力锂电。车用动力电池上首先得到应用的正极材料是锰酸锂和磷酸铁锂。锰酸锂安全性较好，但是存储性能差，能量密度低，因此主要应用在大巴车，或者与多元材料掺混使用。磷酸铁锂安全性和循环性能相对优异，但能量密度低、低温性能差，在市场化乘用车的应用上受到较大限制。
多元材料与其他正极材料相比，性能表现比较均衡，具有克比容量较高，循环性能优异的特点，但多元材料从材料本征上来说安全性较差。多元材料镍可以调配镍钴锰（铝）3种元素的比例，根据锂电池实际的应用领域来强化不同的性能要求，灵活性很强，多元材料被众多锂电和材料专家认定为未来主要的车用动力锂离子电池正极材料。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
动力锂电正极材料集中于多元材料，向单晶化和高镍发展
能量密度、成本、循环寿命是国际动力电池通用的主要评价指标。从替代燃油车的角度来看，里程焦虑问题不可回避。因此，如何提升能量密度以及加快充电速度是目前车用动力锂电池最大的难题。
多元材料镍（Ni）、钴、锰元素比例可以调整，且随着镍含量提高，材料克比容量提高，电池的能量密度也不断提升。同时由于钴原料的成本较高，钴价波动振幅也较大，导致高钴低镍的多元材料的成本居高不下，锂电企业为了降低成本和寻求更高能量密度的材料，倾向于采用Ni含量比较高的NCM622，NCM811和NCA。
常规多元材料的电池工作电压是4.2V，动力锂电及正极材料企业希望可以将工作电压提升到4.35～4.4V以提高电池能量密度。未经优化处理的锂电多元材料在高工作电压条件下，由二次粒子团聚而成的多元材料多次循环后会出现结构不稳定，在电子显微镜下观察可以发现材料的一次粒子界面出现了粉化或分离，因此锂电池的内阻变大、容量迅速衰减，循环曲线出现跳水。高端的锂电多元材料综合使用掺杂和多元化包覆工艺，减小材料与电解液之间的副反应，确保在高电压下二次颗粒多元材料结构亦可稳定存在，不产生结构坍塌。另外，材料厂商开发出另一种单晶型高电压多元材料，这种材料具有较好的层状结构，从而提高材料在高电压下的循环性能。在3～4.4V工作电压下，可以提高锂离子传递效率，多元材料的放电比容量可提升15%以上。
小型锂电正极材料向高电压低钴化方向发展
小型数码市场侧重锂电能量密度和安全性。在高电压钴酸锂的工作电压持续提升至4.45V以后，高电压多元材料也成为数码锂电池正极材料发展的主要研究方向。传统的能量密度提升方案主要是通过提升钴酸锂电池的工作电压来实现；钴酸锂的充电电压从4.2V一路攀升至4.5V。4.5V高电压钴酸锂的产业化，是钴酸锂技术发展的一个里程碑。4.5V@185mAh/g钴酸锂的工作电压和容量发展接近极限。4.35V高电压钴酸锂的改性原理主要是掺杂改性；而4.5V高电压钴酸锂突破了在火法段进行包覆和掺杂的传统技术方案，开始从体相进行掺杂，并结合表面包覆。这样的方案使得改性钴酸锂在高电压体系下结构更为稳定，循环寿命更长。
近两年来钴价格走出了暴涨暴跌的行情，振幅高达200%，含钴量占质量百分比60%的钴酸锂承受了巨大的成本考验，锂电厂商纷纷寻求低钴和无钴的低成本正极材料解决方案。部分可以用多元材料直接替换钴酸锂的领域，如笔记本圆柱形锂电已基本全部替换成多元材料。而在一些智能手机和平板电脑软包电池项目，锂电厂商开始在4.40V以下的产品中逐渐采取钴酸锂掺混多元材料的方式，达到降成本的目的。可以想见，多元材料替代钴酸锂的技术日趋成熟，多元材料的应用将更为广阔，而且这种低成本替换将是不可逆的。
储能锂电正极材料
世界范围内储能电池目前大量使用的铅酸电池，能量密度都在50～60Wh/kg，锂电池和这些电池相比在能量密度上都可以达到100Wh/kg，所以锂电池的循环寿命和成本是锂电池是否可以替代铅酸电池的关键。磷酸铁锂相对其他锂离子电池密度较小，但是它成本低，安全性高，电池寿命较长.从循环寿命和未来成本的降低空间看，磷酸铁锂是比较有潜力的储能电池正极材料。
锰酸锂和多元材料主要使用在UPS移动电源和对电池的能量密度有所要求的特殊储能和家庭储能领域。如特斯拉的储能墙(PowerWall)就是采用了多元材料体系。
尽管有了明确的市场需求的支持，但钴和锂原材料价格受制于国外矿业巨头使得中国多元材料发展的备受制肘。中国钴储量相对比较少，约占全球的1.7%，但却是钴生产大国，需要大量进口钴原料，但实际仍未能掌握国际钴价的定价权。近几年锂电正极材料的主要原材料碳酸锂或氢氧化锂价格波动也非常厉害，这主要是因为全球锂资源集中度高，盐湖开采技术和锂辉石矿山的所有权也逐步归于少数几家碳酸锂巨头，因此定价权也主要掌握在几大南美碳酸锂巨头手中。
预计由于新能源汽车的市场不断扩大，多元材料短期不可替代，未来数年钴和锂资源的需求量仍将维持快速增长，我国如何规避资源在外的困境，如何加快钴、锂资源的储备和开发，制定与此相关的回收利用的政策，是确保我国新能源汽车稳定发展的最重要的课题之一。
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