面向3C电子产品的高电压、高循环稳定性锂离子电池正极材料关键技术的开发

  • 时间:2017-09-06 10:02:21
  • 来源:技术研究院

主要内容

LiCoO作为目前商业化且使用量最大的两种锂离子电池正极材料,具有比其他正极材料更优越的循环性能和更高的能量密度。因此,这两种材料广泛应用于3C电子产品,如智能手机、平板电脑、手提电脑等。但是,仍存在着许多缺点:安全性能稍差,循环中容量衰减,其放电容量远未达到理论值,以钴酸锂为例,理论容量为274 mAh/g,而现市场上钴酸锂的容量只有145mAh/g左右。为发挥其容量,提高其截止电压是一种有效的方法,但是在高电压条件下,正极材料的循环性能急剧恶化,导致电池的使用寿命也随之大幅下降。目前国际上比较知名的可提供高电压正极材料的有比利时优美科公司,日本三菱化学等,并被国际上相关企业大量使用,如苹果、三星、松下等。而目前我国企业尚无具备相应性能的产品面市。

为克服这一问题,本课题组与国内某正极材料生产企业展开了深入的研发合作,开发了一系列的正极材料处理技术与相关工艺,应用效果表明这些技术可有效的提高正极材料在高电压条件下的循环稳定性,其性能可达到优美科相应产品的水平,具有较大的推广潜力。目前钴酸锂表面处理技术已进入中试阶段;三元材料的小试也在推进中。

项目所包含专利情况

  本项目已申请专利为:一种包覆型锂离子电池正极材料的制备方法201410686813.0。

应用前景

1、适用的工程领域或国民经济行业产生的效果,本项目的相关锂离子电池正极材料表面处理技术可应用于其他正极材料的表面修饰处理,如三元材料。采用该技术可有效的提高材料的放电容量与循环性能,因此可应用于如3C电子产品、电动汽车用动力电池等领域。

2、市场需求及经济效益分析,2012 年全球二次电池(包括锂电、镍镉、镍氢、铅酸等)市场份额约为500亿US$,较2011年增长约20%左右,锂离子电池市场份额增长的同时,二次电池中铅酸电池市场份额也大幅度上涨,其他类型(镍氢、镍镉、液流及钠硫电池等)份额基本保持不变。锂离子电池市场份额中增长幅度最大的是车用锂离子动力电池(包括电动自行车、电动摩托车和电动汽车),而增长额度最大的则为便携式锂离子设备电池。根据预测到2020 年锂离子电池的市场容量将达到100万兆Wh,到2025年将会达到170万兆Wh;而铅酸电池市场容量也将同时分别达到450万兆Wh和600万兆Wh。一直到2025年,锂离子电池市场份额增加的主要驱动力仍然将会是便携式电子设备,预计到2025 年便携式电子设备市场将会占据锂离子电池市场份额的70%以上。

对于EV、PHEV 等电动汽车市场,目前仍然以Ni-MH 二次电池为主,从2012年开始锂离子电池逐渐应用于车用(EV、HEV 等)动力电池,并形成一定的竞争力,预计2018年和2020年分别达到50亿US$和90亿US$的市场份额。

根据2025年锂离子电池市场预测分析,在2025年电池正极材料使用量将会达到30 万吨,仍然以多元系列材料和鈷酸锂为主,分别占据市场份额的44%(NMC和NCA分别占37%和7%)和24%。对于消费类便携式电子设备电池仍然以使用鈷酸锂为主,同时对于部分能量密度要求不是很高的电子设备电池将会考虑混合或者单纯使用多元系正极材料;而动力型电池则将会以三元系列正极材料为主,同时使用部分锰酸锂以及NCA材料。磷酸铁锂系列材料则将会主要应用于大型储能设备中,但由于目前市场不成熟所以其所占市场份额比例相对于LCO和NMC较少。

对于电池容量的要求,以18650为例,2012年对于高容量型18650电池的市场需求越来越多,由2011年的2.2Ah为主转换成目前2.2Ah、2.6Ah以及2.8Ah三分天下的局面,同时更高容量的市场如18650-3.0Ah以上也呈现蓬勃发展的趋势。EV、HEV市场方面,国内EV、HEV电池投资和生产主要集聚在三大区域:珠江三角洲区域、长江三角洲区域以及北京-天津区域;总体上来说国内对于X-EV的投入大于有80亿的产业资金投入,形成了近200亿瓦时的年产能,在上述三个主要区域分布着约80家已经进入X-EV行业或者号称要进入X-EV行业的动力电池企业,各家投资从数亿到数十亿不等。

总的来说,锂离子电池市场经过2011年的低迷之后,逐渐出现复兴。由于行业找到了新的增长点,最近对于锂离子电池的投入又呈现一片欣欣向荣的态势。因此,对于具有高容量、高循环稳定性的正极材料的需求,必将持续增长。