详解锂电池产业链的关键核心材料

　　从锂电池产业链来看，主要包括锂原材料、正极材料、负极材料、电解液、隔膜以及生产设备等。其中，正极材料在锂电池中质量比较大（正、负极材料的质量比例为3:1～4:1），且在锂电池生产成本构成中占比较高，一般为25%～30%。

　　图1：锂电池成本比例构成

　　因此，正极材料是锂离子电池中最为关键的原材料，直接决定了电池的安全性能和电池能否大型化。

　　锂离子电池用正极材料主要为含锂的一些化合物，如钴酸锂（LiCoO2）、锰酸锂（LiMn2O4）、多元金属复合氧化物（即三元材料NCM、NCM等）和磷酸亚铁锂（LiFePO4）等。

　　钴酸锂

　　钴酸锂自从锂离子电池商业化以来，一直作为正极材料的主流被应用，其主要技术发展发生在2000年前后的高密度化合成工艺，通过提高烧结温度和增加烧结次数，合成出十几微米以上的单晶一次晶粒，将钴酸锂电极的压实密度提高到4.0g/m3以上。由于钴酸锂在在更高电压下存在结构不稳性，因此其工作电压较低，进而导致钴酸锂主要运用在小电池，如手机、电脑电池等。

　　锰酸锂

　　锰酸锂作为锂离子电池正极材料的集中研发是在20世纪90年代初日本索尼公司推出商品化的锂离子电池后，但其在高温下与电解液相容性差，致使结构不稳定，导致容量衰减过快，因此高温循环差的缺点一直限制着该材料在实际锂离子电池中的使用。90年代中后期，众多学者发现采用元素掺杂可有效地改善锰酸锂的高温循环，尤其铝（Al）的掺杂对锰酸锂高温电化学性能的改善最为有效，由此也推动了锰酸锂产业化的进程。目前已有少量企业国内可以制备出可供锂离子动力电池使用的具有良好高温循环与储存性能的掺杂型锰酸锂材料，并应用到动力型锂电池上。

　　磷酸铁锂

　　磷酸铁锂在20世纪90年代，由于被认为是电子绝缘体以及脱嵌锂过程中的两相反应导致锂离子扩散速度等原因而没有受到重视，但从21世纪初，部分学者利用碳包覆技术改善了它的电化学性能后，该材料成为锂离子电池正极材料研发的热点和重点。磷酸铁锂具有结构稳定性和热稳定性高、常温循环性能优异等特点，并且存在铁（Fe）和磷（P）的资源丰富、对环境友好等优势，是最近几年国内普遍选择磷酸铁锂作为锂离子动力电池的发展方向。

　　三元材料

　　受锰酸锂等单质材料掺杂技术的启发，多元金属复合氧化物（即三元材料NCM、NCM等）的研发、应用及生产推广开始很快兴起，由于三元材料综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三类材料的优点,形成了LiCoO2/LiNiO2/LiMnO2三相的共熔体系,故存在明显的三元协同效应，使其综合性能优于单组合化合物，因此，近两年来成为国内锂电池正极材料的研究重点，并随着生产技术工艺的进步，开始大量推向市场，并在动力型锂电池市场占据了重要的位臵，也在消费型锂电池市场开始慢慢取代钴酸锂。

　　从近两年国内锂电池正极材料市场发展路线来看，虽然钴酸锂的合成技术已经比较成熟，但由于钴资源比较贫乏，价格昂贵，并且钴酸锂在充电状态下的热稳定性差，因此目前只能适用于消费类的小型锂离子电池。而后续随着动力型锂电池的兴起，开发者不断研发出了磷酸铁锂、锰酸锂以及三元材料等新型正极材料。随着其他类正极材料性能的完善，且由于钴酸锂自身价格较贵、有毒等缺点，目前正逐步被其他类型正极材料所取代。

　　近两年来，受下游新能源汽车产量的快速增长，以及3C电子产品出货量的稳定增长，我国正极材料的产量及产值呈现出了快速增长势头。2016年，我国锂电池正极材料产量为16.16万吨，同比增长43.14%；2010年至2016年，我国锂电

　　池正极材料产量从2.5万吨增长到16.16万吨，年复合增长率高达36.48%。而行业产值则从2010年的57亿元增长到2016年的208亿元，年复合增长率高达24.08%。

　　图2：我国锂离子电池正极材料产量及增速

　　图3：我国锂离子电池正极材料产值及增速