在2014中國鋰電材料市場研討會上,中南大學冶金與環境學院胡國榮教授作“鋰離子電池正極材料的產業化現狀與發展趨勢”報告。
胡教授認為,鋰離子電池的特性和價格都與它的正極材料密切相關,正極材料是鋰電池技術的核心和關鍵。
對于錳酸鋰和磷酸鐵鋰的比較,胡教授認為:
1,錳酸鋰由于與目前普遍使用的鈷酸鋰、三元材料性質非常接近,其電池生產工藝非常成熟,動力電池生產線與現有生產線基本兼容,特別是日韓擬采用18650型電池組合成動力電池模塊的技術思路,使錳酸鋰動力電池生產更容易實現。
2,錳酸鋰的體積比能量優于磷酸鐵鋰
錳酸鋰的容量比磷酸鐵鋰低約25%,但其電壓比磷酸鐵鋰高15%,且錳酸鋰的壓實密度高約40%,因此錳酸鋰的體積比能量高于磷酸鐵鋰25-30%。
3,錳酸鋰的一致性優于磷酸鐵鋰
由于錳酸鋰產品不含碳,產品參數波動很小,產品一致性非常好,這對動力電池生產非常有利。錳酸鋰唯一的缺點是高溫循環性能較差,但目前日本已成功解決了此難題,據說高溫55°C循環1000次,容量保持率高達90%。
因此磷酸鐵鋰產業面臨錳酸鋰材料嚴重挑戰。由于磷酸鐵鋰的電壓平臺較低,只有3.35V只有。因此開發高電壓磷酸鹽材料,提高能量密度很有必要。目前開發的材料主要有磷酸錳鐵鋰和磷酸錳鋰,磷酸鈷鋰,磷酸鎳鋰雖然電壓平臺很高,但導電性特差,沒有商業化應用前景。
另外胡教授提到,最近BYD發布的新聞,采用磷酸錳鐵鋰能量密度相對于磷酸鐵鋰可提高60%,與三元系相當,本人認為不太可能,如果采用8:2的磷酸鐵
錳鋰(目前性能比較好),平均電壓3.95V,相對于磷酸鐵鋰3.35V,提高了約18%。而磷酸錳鐵鋰的容量與磷酸鐵鋰相當。因此磷酸錳鐵鋰的能量密度
相對于磷酸鐵鋰最多能提高20%。這里沒有考慮磷酸錳鐵鋰的壓實密度,目前沒有這方面的數據。
日本住友大阪水泥開發出用作鋰電池正極材料的磷酸錳鋰,容量超過162mAh/g但該材料的導電率比磷酸鐵鋰還低2至3個數量級,商業化還需一定的時間。國內很多科研院所也開始實驗室研究。
最后,胡教授總結道:2000年以前鈷酸鋰獨領風騷,幾乎占市場的100%、2000以后,錳酸鋰、三元、磷酸鐵鋰開始發展,目前鈷酸鋰約占市場的
50%,三元系約占35%,其余是錳酸鋰,磷酸鐵鋰和二元系(NCA)。未來需要進一步開發的材料主要有富鋰錳基固溶體材料,磷酸錳鋰,磷酸錳鐵鋰,磷酸
鐵鋰石墨烯復合材料,以及多電子反應的高容量正極材料。
正極材料的市場分為小型數碼鋰電池和儲能與動力電池,其中鈷酸鋰與三元壟斷了數碼市場,而錳酸鋰與磷酸鐵鋰主要應用于大型儲能與動力電池領域;
由于鋰電池制造的安全技術得到提升以及鋰電池對能量密度的要求,三元材料目前開始應用于動力電池領域。因此三元材料在未來兩大市場均有好的應用,其市場前景看好。
由于錳酸鋰的能量密度高于磷酸鐵鋰,且電池加工性能好,產品一致性好,只要解決了高溫循環差的缺點,高溫型錳酸鋰的應用前景廣闊。