三元材料發展及概述
三元材料是我公司新上馬的項目之一，本人結合近年對三元材料的淺顯認知，查閱了多方資料，就三元材料的特點、應用及其在國內的發展給大家做一簡單的介紹和分析。三元正極材料是指鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2），三元復合正極材料前驅體等產品，以下所說的三元材料僅指其通式為Li（NixCoyMnz）O2的鎳鈷錳酸鋰，是以鎳鹽、鈷鹽、錳鹽為原料制備而成，產品為黑色粉末，其含有鎳鈷錳的比例可以根據實際需要調整。可用于小型電池和動力電池中。三元材料因兼有LiNiO2和LiCoO2的優點，且價格便宜，合成容易，被認為是最有可能取代目前商用LiCoO2的新型正極材料，也是現今鋰離子電池研究的一大熱點。三元材料與鈷酸鋰相比，具有以下顯著優勢：1、成本低：由于含鈷少，成本僅相當于鈷酸鋰的1/4且更綠色環保。2、安全性好：安全工作溫度可達170℃，而鈷酸鋰僅為130℃，大幅提升了使用安全性，有利于消費者的人身安全。3、克容量高：充電電壓在4.6V時（鈷酸鋰充電限制電壓為4.2V），其克容量發揮高達210mah/g,充電電壓在4.8V時，其克容量發揮高達245mah/g,相當于鈷酸鋰的1.7倍，極大提升了電池的能量密度和供電時間。4、電池的循環使用壽命延長了45%。三元材料可用于小型鋰電池及動力電池，盡管目前其市場份額有限，但其發展勢頭明顯。采用三元材料的小型鋰電池已經逐漸被人們所接受，如東莞鉅大電子有限公司生產的鉅大14AQ002-03型電池，采用ICR18650-1S1P組合方式，標稱電壓為3.7V，標稱容量可達到2200mAh，標準持續放電電流為0.2C，最大持續放電電流為1C，充電時最高溫度為45℃，經試用，性能卓越。由于我國新能源汽車的發展已成為不可逆轉的趨勢，三元材料運用于動力鋰電池制造也將成為一個無可爭議的事實，2011年8月，由上海卡耐新能源有限公司生產的高性能三元材料動力鋰電池在北京亮相。據悉，該鋰電池是引進日本技術生產的，將于2011年年底投放國內市場。該公司即將投產的三元材料鋰離子動力電池，采用疊片式軟包裝形式，其電池能量密度比目前國內市場上風頭正勁的磷酸鐵鋰電池高35%，將對解決電動汽車續駛里程不足的問題是一種有效的解決方案。與磷酸鐵鋰電池、鈷酸鋰電池等相比，三元材料鋰電池有很多優勢，是比較適合的車用鋰電池。目前，三元材料鋰電池能量密度能夠達到160Wh/kg，已經明顯高于其他材料的電池。另外，其低溫特性、功率特性以及高溫儲存性也優于其他材料的電池。隨著技術的不斷提高，三元材料鋰電池的能量密度還會有很大的上升空間。目前，該公司已與3家整車企業客戶開展合作，開發設計動力電池系統。同時，也受到了國外跨國大公司的關注。2009年，全球鋰離子電池正極材料仍以鈷酸鋰市場份額最大，占50％，其次是三元材料，占39％，錳酸鋰和磷酸鐵鋰材料分別是6％、5％。其中，鈷酸鋰正極材料的市場份額較往年有很大幅度的下降，三元材料市場份額呈上升趨勢，錳酸鋰的市場份額變得不大，磷酸鐵鋰材料作為新型材料開始逐步應用市場，今后隨著動力鋰電池的大規模量產，其使用量將極具上升。2009年受原料鈷跌價影響，三元材料市場相對萎靡，毛利潤維持在15％左右（截至2009年底，LCO24~28W/T，NCM17~18W/T）。2010年隨著經濟的復蘇，鈷資源價格將會逐漸上升，三元材料相對鈷酸鋰的競爭優勢更加明顯，市場占有率會抬升。日本、韓國一些知名電池廠商已經從2010年開始全面使用三元材料，鈷酸鋰將被淡出市場，國內市場從長遠來看，也將呈現這一趨勢。圖1-1各類正極材料市場占有變化情況(2007-2011年)圖片資料來源：電池人才網2004年中國鋰電池行業開始接觸及開發鎳鈷錳三元正極材料。2005年部分中國企業開始試生產鎳鈷錳三元正極材料，但在正極材料中市場份額占有率非常小。2006年國內鋰電池正極材料需求量達到2萬噸，其中鈷酸鋰、錳酸鋰兩種產品共占96%的市場份額，二者需求量達到1.92萬噸。鎳鈷錳三元正極材料所占市份額不足4%。2007－2009年隨著金屬鈷價的不斷上漲，鈷酸鋰價格也隨之猛漲，國內企業紛紛使用鎳鈷錳三元材料替代部份鈷鋰，三元市場份額不斷增加，估計超過15%。隨著電動工具和筆記本電池市場的不斷擴大，2010-2011年三元市場份額仍在不斷增加中，由于金屬鈷價格的進一步上漲，預計2011年年底將突破100萬/噸大關，屆時鈷酸鋰材料將面臨巨大的成本壓力，由此，價格低廉而性能優越的三元材料會進一步體現出競爭優勢，搶占更多市場份額。日韓在三元材料領域處于領先地位，美國3M公司掌握三元材料核心專利，目前國內企業也掌握了成熟的三元材料技術，基本可滿足國內市場需求，但受制于專利問題，目前絕大部分市場針對山寨手機/筆記本、電動工具等，很難為大廠配套，且出口至今未實現。日本廠商提供的三元材料品質在全球最好，國內涉足三元材料的企業有十幾家，其中產量上規模的企業不到10家，市場集中度比較高，優勢企業占據市場份額較大，如余姚金和和天驕科技，這兩家企業提供的材料過程穩定性更好些，產能及所占市場份額排在第一、第二位，后來者很難趕超。深圳天驕科技：天驕科技成立于2004年，是國內最早掌握三元材料核心技術的廠商（自己生產前軀體），現已發展成為國內鋰電池材料實力領先的綜合供應商：2010年產銷三元材料2200噸（產能3000噸），錳酸鋰550噸，電解液220噸（2010年7月投產，產能6000噸），并取得鈦酸鋰的行業標準制定權。寧波金和：公司年產鈷酸鋰1000噸、鎳鈷（錳）酸鋰1500噸，除滿足國內主要電池廠家外，還遠銷日本、韓國，擁有TDK、LF、三星、天津力神、天津巴莫、比克、聯想等一批戰略客戶，綜合市場競爭力處于同行業領先地位。湖南杉杉：公司是由寧波杉杉股份有限公司（占75%的股份）和中南大學（占25%的股份）聯合創辦。成立于2003年11月，注冊資本5000萬元，投資總額近3億元，是湖南省高新技術企業。三元材料目前生產能力500噸/年。重慶特瑞：公司為重慶市高新技術企業,注冊資金2000萬元，公司主要生產和銷售鋰電池正極材料,目前已投產的產品有TR-101,TR-202鎳鈷錳酸鋰(三元正極材料),目前生產能力為800噸/年。具有高循環，高容量，高壓實的三元材料TR-101的合成方法于2008年7月16日榮獲國家發明專利。專利號：200610031706。新正鋰業：公司成立于2008年，注冊資金1000萬元。2009年1月15日，公司改性錳酸鋰和鎳鈷錳酸鋰各年產500噸的生產線正式投產。成為國內外第一家生產微米級單晶三元材料的廠家.北京當升：公司現在三元材料、鈷酸鋰、錳酸鋰各占1/3，三元材料年產能1200噸。湖南瑞祥：給美國3M代工。鹽光科技：公司掌握532型三元材料的燒結技術。三元材料的應用領域按用途分，用于數碼通訊類電池、筆記本電池、電動工具電池、動力自行車/汽車電池等。從區域上看，數碼通訊類電池、筆記本電池生產主要分布珠三角地區，具有電池制造廠繁多、客戶群廣、上下源供需配套集中、齊全等特點；三元材料的市場非常巨大。電動工具電池、動力自行車/汽車電池生產商相對比較分散。主要集中在山東、浙江、河南片區。這類型的電池生產商的電池日產量可能沒有通訊類電池生產商規模大，但由于單體電池容量較高、體積較大，意味著原材料的需求量也不可忽視。在通訊電池方面，最近3—5年內，鈷酸鋰的主導地位將會逐漸弱化，可能出現鈷酸鋰和鎳鈷錳三元材料共存的現象，5年后，可能是鎳鈷錳三元材料獨霸的時代。在電動工具領域，鎳鈷錳三元材料具有高的能量密度、良好大電流充放電性能、優秀的循環性能及安全性能，有可能成為主要的正極材料。在動力電池領域，磷酸基正極材料、錳酸鋰、鎳鈷錳三元材料有可能替代鈷酸鋰成為新一代正極活性物質。
