磷酸铁锂离子电池正极材料行业发展与性能有什么改进方法？

磷酸铁锂离子电池正极材料行业发展

锂离子电池的重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离子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。

由于锂离子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、新能源汽车等锂离子电池其下游应用市场迅速扩张，近年来我国锂离子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年全球车用动力锂电池需求预计为120GWH。那么全球锂离子电池到2020年需求量约为240GWH，按照每KWH锂离子电池需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，年复合上升率达到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，其能量密度和重要技术指标已接近应用极限。从技术进步的角度看，三元锂离子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。

磷酸铁锂离子电池正极材料性能改进的方法

由于磷酸铁锂正极材料本身较差的导电率和较低的锂离子扩散系数，国内外研究者在这些方面进行了大量的研究，也取得了一些很好的效果。其改性研究重要在3个方面:掺杂法、包覆法和材料纳米化。

①掺杂法

掺杂法重要是指在磷酸铁锂晶格中的阳离子位置掺杂一些导电性好的金属离子，改变晶粒的大小，造成材料的晶格缺陷，从而提高晶粒内电子的导电率以及锂离子的扩散速率，进而达到提高磷酸铁锂离子电池材料性能的目的。目前，掺杂的金属离子重要有Ti4＋、CO2＋、Zn2＋、Mn2＋、La2＋、V3＋、Mg2＋。

②包覆法

在LiFePO4材料表面包覆碳是提高电子电导率的一种有效方法，碳可以起到以下几个方面的用途：①抑制LiFePO4晶粒的长大，增大比表面积;②增强粒子间和表面电子的导电率，减少电池极化的发生;③起到还原剂的用途，防止Fe的生成，提高产品纯度;④充当成核剂，减小产物的粒径；⑤吸附并保持电解液的稳定。

③材料纳米化

相较在导电性方面的限制，锂离子在磷酸铁锂离子电池材料中的扩散是电池放电的最重要也是决定性的控制步骤。由于LiFePO4的橄榄石结构，决定了锂离子的扩散通道是一维的，因此可以减小颗粒的粒径来缩短锂离子扩散路径，从而达到改善锂离子扩散速率的问题。

采用离子掺杂、包覆、材料纳米化3种改性方法对磷酸铁锂离子电池正极材料在电导率低、锂离子扩散速率慢、低温放电性能差等方面的不足有很大的改进。因此，通过以上方法来全面提高磷酸铁锂的综合性能仍然是当前和今后该领域研究和应用的重要发展方向之一。