鋰離子二次電池作為一種高能二次電源，目前已經(jīng)成為移動(dòng)電話、筆記本電腦、便攜式攝像機(jī)、礦燈、路燈等產(chǎn)品的應(yīng)用電源。并且在進(jìn)一步發(fā)展到電動(dòng)自行車、摩托車、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用。鋰離子電池的正極材料目前主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰及鋰鈷錳鎳復(fù)合氧化物。鈷酸鋰為正極材料的鋰離子電池主要應(yīng)用于能量密度要求高的移動(dòng)電話、筆記本電腦等領(lǐng)域，而錳酸鋰及磷酸鐵鋰為正極材料的鋰離子電池主要應(yīng)用于安全性能要求較高的電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車和電動(dòng)車上。
鋰離子電池的正極材料有很多種，每種材料都有自身的優(yōu)勢(shì)所在，同時(shí)又存在著一些不足，但是總體趨勢(shì)是從低級(jí)向更高級(jí)發(fā)展。正極材料除了在性能上的要求外，也越來越多的考慮到了資源與環(huán)境和諧發(fā)展。
正極材料分類：
各種正極材料未來發(fā)展方向構(gòu)成鋰電池的各種各樣材料里面，正極材料是非常重要的。對(duì)于正極材料，鈷酸鋰是目前便攜式電子產(chǎn)品電池主要用的材料、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰是北京奧運(yùn)、上海世博電動(dòng)公交車上使用的正極材料，此外還有鎳酸鋰、磷酸鐵鋰等。
鈷酸鋰：
鋰離子二次電池正極材料（鈷酸鋰）的液相合成工藝，它采用聚乙烯醇（ＰＶＡ）或聚乙二醇（ＰＥＧ）水溶液為溶劑，鋰鹽、鈷鹽分別溶解在ＰＶＡ或ＰＥＧ水溶液中，混合后的溶液經(jīng)過加熱，濃縮形成凝膠，生成的凝膠體再進(jìn)行加熱分解，然后在高溫下煅燒，將燒成的粉體碾磨、過篩即得到鈷酸鋰粉。
錳酸鋰：
錳酸鋰主要為尖晶石型錳酸鋰。尖晶石型錳酸鋰LiMn2O4是Hunter在1981年首先制得的具有三維鋰離子通道的正極材料，至今一直受到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者及研究人員的極大關(guān)注，它作為電極材料具有價(jià)格低、電位高、環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望取代鈷酸鋰LiCoO2成為新一代鋰離子電池的正極材料。
磷酸鐵鋰：
磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池。 自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合:LiFeCOPO4)的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后, 1997年美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)John. B. Goodenough等研究群，也接著報(bào)導(dǎo)了LiFePO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國(guó)與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)(LiMPO4), 使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2相比，LiMPO4 的原物料來源更廣泛、價(jià)格更低廉且無環(huán)境污染。
磷酸鐵鋰是一種新型鋰離子電池電極材料。其特點(diǎn)是放電容量大，價(jià)格低廉，無毒性，不造成環(huán)境污染。世界各國(guó)正競(jìng)相實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
但是其振實(shí)密度低，影響電容量。目前主要的生產(chǎn)方法為高溫固相合成法，產(chǎn)品指標(biāo)比較穩(wěn)定。
需求帶動(dòng)發(fā)展
鋰離子電池因性能及價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，近些年來的市場(chǎng)需求不斷增加。2011年，在消費(fèi)電子領(lǐng)域，智能手機(jī)電池需求增速約為50%，平板電腦市場(chǎng)對(duì)鋰電的需求今年增速超過230%，2012年將繼續(xù)高速增長(zhǎng)。
在電動(dòng)工具領(lǐng)域滲透率約為70%，接下來取代的領(lǐng)域依次是電動(dòng)自行車電池、UPS、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能。
數(shù)據(jù)顯示，鋰電在電動(dòng)自行車電池市場(chǎng)的滲透率2011年約為2.5%，在價(jià)格大幅下降和鉛酸電池行業(yè)整頓的背景下，鋰離子電池的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)將愈發(fā)明顯，滲透率將出現(xiàn)快速增長(zhǎng)。
具體來看，2011年上半年，一組自行車鋰電價(jià)格為1200元至2000元，而目前鋰電僅為800元至1200元。自行車鉛酸電池目前價(jià)格為400元至600元，價(jià)格優(yōu)勢(shì)不斷下降。
據(jù)預(yù)測(cè)到2015年，鋰離子電池在電動(dòng)自行車領(lǐng)域的滲透率將達(dá)到20%~30%，形成60億-90億元的市場(chǎng)規(guī)模，對(duì)整個(gè)鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模的提升幅度達(dá)到15%以上。
此外，UPS(不間斷電源)新產(chǎn)品開始越來越多地采用鋰電。華為和中興等通訊企業(yè)的基站移動(dòng)電源新產(chǎn)品都傾向于采用鋰電。目前，UPS鉛酸電池市場(chǎng)規(guī)模約為120億元。若鋰電在其中的滲透率達(dá)到30%，將使鋰電市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)約10%。
而鋰電應(yīng)用市場(chǎng)的爆發(fā)性增長(zhǎng)機(jī)會(huì)關(guān)鍵在于電動(dòng)汽車。每輛50kWh的純電動(dòng)汽車，所需電池約相當(dāng)于一萬塊iPhone手機(jī)電池。若純電動(dòng)汽車銷售量達(dá)到30萬輛，即可讓鋰電市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)一倍。
行業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了材料的發(fā)展，正是因?yàn)殇囯x子電池廣泛的應(yīng)用，因此，作為鋰離子電池的重要組成部分正極材料來說，未來的發(fā)展可謂是一片光明。
正極材料的發(fā)展前景
眾所周知，正極材料在鋰離子電池有著極為重要的作用，磷酸鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國(guó)內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用。以滿足電動(dòng)車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。
鋰電池從商業(yè)化應(yīng)用到今天，技術(shù)沒有發(fā)生太大的變化，傳統(tǒng)的思路導(dǎo)致了電池很難在容量上有更大的突破。新的思路可以采用非化學(xué)的其它的思路做電池極片。非傳統(tǒng)技術(shù)做電池極片，可以做到現(xiàn)在的1/3甚至更薄的厚度，質(zhì)量更小，就為大幅度提高容量密度鋪平道路。一種新型的氧化物負(fù)極高功率電池充放電10萬次都不會(huì)有問題。
決定未來鋰離子二次電池的幾點(diǎn)因素：價(jià)格、安全性、重量和體積未來鋰離子二次電池的發(fā)展要求更便宜更能夠被消費(fèi)者接受的價(jià)格，才會(huì)有更好的市場(chǎng)前景；在電動(dòng)汽車上使用的電池是不允許出現(xiàn)安全性問題的；未來動(dòng)力鋰電池重量和體積要向更小更輕發(fā)展。
展望未來，鋰離子電池替代鉛酸和鎳氫電池是必然趨勢(shì)。隨著價(jià)格持續(xù)下降，鋰離子電池取代鉛酸電池和鎳氫電池的速度在加快。（文/西貝）
鋰離子電池的正極材料有很多種，每種材料都有自身的優(yōu)勢(shì)所在，同時(shí)又存在著一些不足，但是總體趨勢(shì)是從低級(jí)向更高級(jí)發(fā)展。正極材料除了在性能上的要求外，也越來越多的考慮到了資源與環(huán)境和諧發(fā)展。
正極材料分類：
各種正極材料未來發(fā)展方向構(gòu)成鋰電池的各種各樣材料里面，正極材料是非常重要的。對(duì)于正極材料，鈷酸鋰是目前便攜式電子產(chǎn)品電池主要用的材料、尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰是北京奧運(yùn)、上海世博電動(dòng)公交車上使用的正極材料，此外還有鎳酸鋰、磷酸鐵鋰等。
鈷酸鋰：
鋰離子二次電池正極材料（鈷酸鋰）的液相合成工藝，它采用聚乙烯醇（ＰＶＡ）或聚乙二醇（ＰＥＧ）水溶液為溶劑，鋰鹽、鈷鹽分別溶解在ＰＶＡ或ＰＥＧ水溶液中，混合后的溶液經(jīng)過加熱，濃縮形成凝膠，生成的凝膠體再進(jìn)行加熱分解，然后在高溫下煅燒，將燒成的粉體碾磨、過篩即得到鈷酸鋰粉。
錳酸鋰：
錳酸鋰主要為尖晶石型錳酸鋰。尖晶石型錳酸鋰LiMn2O4是Hunter在1981年首先制得的具有三維鋰離子通道的正極材料，至今一直受到國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者及研究人員的極大關(guān)注，它作為電極材料具有價(jià)格低、電位高、環(huán)境友好、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，是最有希望取代鈷酸鋰LiCoO2成為新一代鋰離子電池的正極材料。
磷酸鐵鋰：
磷酸鐵鋰電極材料主要用于各種鋰離子電池。 自1996年日本的NTT首次揭露AyMPO4(A為堿金屬，M為CoFe兩者之組合:LiFeCOPO4)的橄欖石結(jié)構(gòu)的鋰電池正極材料之后, 1997年美國(guó)德克薩斯州立大學(xué)John. B. Goodenough等研究群，也接著報(bào)導(dǎo)了LiFePO4的可逆性地遷入脫出鋰的特性，美國(guó)與日本不約而同地發(fā)表橄欖石結(jié)構(gòu)(LiMPO4), 使得該材料受到了極大的重視，并引起廣泛的研究和迅速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的鋰離子二次電池正極材料，尖晶石結(jié)構(gòu)的LiMn2O4和層狀結(jié)構(gòu)的LiCoO2相比，LiMPO4 的原物料來源更廣泛、價(jià)格更低廉且無環(huán)境污染。
磷酸鐵鋰是一種新型鋰離子電池電極材料。其特點(diǎn)是放電容量大，價(jià)格低廉，無毒性，不造成環(huán)境污染。世界各國(guó)正競(jìng)相實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
但是其振實(shí)密度低，影響電容量。目前主要的生產(chǎn)方法為高溫固相合成法，產(chǎn)品指標(biāo)比較穩(wěn)定。
需求帶動(dòng)發(fā)展
鋰離子電池因性能及價(jià)格的優(yōu)勢(shì)，近些年來的市場(chǎng)需求不斷增加。2011年，在消費(fèi)電子領(lǐng)域，智能手機(jī)電池需求增速約為50%，平板電腦市場(chǎng)對(duì)鋰電的需求今年增速超過230%，2012年將繼續(xù)高速增長(zhǎng)。
在電動(dòng)工具領(lǐng)域滲透率約為70%，接下來取代的領(lǐng)域依次是電動(dòng)自行車電池、UPS、電動(dòng)汽車和電網(wǎng)儲(chǔ)能。
數(shù)據(jù)顯示，鋰電在電動(dòng)自行車電池市場(chǎng)的滲透率2011年約為2.5%，在價(jià)格大幅下降和鉛酸電池行業(yè)整頓的背景下，鋰離子電池的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)將愈發(fā)明顯，滲透率將出現(xiàn)快速增長(zhǎng)。
具體來看，2011年上半年，一組自行車鋰電價(jià)格為1200元至2000元，而目前鋰電僅為800元至1200元。自行車鉛酸電池目前價(jià)格為400元至600元，價(jià)格優(yōu)勢(shì)不斷下降。
據(jù)預(yù)測(cè)到2015年，鋰離子電池在電動(dòng)自行車領(lǐng)域的滲透率將達(dá)到20%~30%，形成60億-90億元的市場(chǎng)規(guī)模，對(duì)整個(gè)鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模的提升幅度達(dá)到15%以上。
此外，UPS(不間斷電源)新產(chǎn)品開始越來越多地采用鋰電。華為和中興等通訊企業(yè)的基站移動(dòng)電源新產(chǎn)品都傾向于采用鋰電。目前，UPS鉛酸電池市場(chǎng)規(guī)模約為120億元。若鋰電在其中的滲透率達(dá)到30%，將使鋰電市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)約10%。
而鋰電應(yīng)用市場(chǎng)的爆發(fā)性增長(zhǎng)機(jī)會(huì)關(guān)鍵在于電動(dòng)汽車。每輛50kWh的純電動(dòng)汽車，所需電池約相當(dāng)于一萬塊iPhone手機(jī)電池。若純電動(dòng)汽車銷售量達(dá)到30萬輛，即可讓鋰電市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)一倍。
行業(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)了材料的發(fā)展，正是因?yàn)殇囯x子電池廣泛的應(yīng)用，因此，作為鋰離子電池的重要組成部分正極材料來說，未來的發(fā)展可謂是一片光明。
正極材料的發(fā)展前景
眾所周知，正極材料在鋰離子電池有著極為重要的作用，磷酸鐵鋰作為鋰離子電池的正極材料是近幾年才出現(xiàn)的事，國(guó)內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環(huán)壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動(dòng)力電池最重要的技術(shù)指標(biāo)。1C充放循環(huán)壽命達(dá)2000次。單節(jié)電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯(lián)使用。以滿足電動(dòng)車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。
鋰電池從商業(yè)化應(yīng)用到今天，技術(shù)沒有發(fā)生太大的變化，傳統(tǒng)的思路導(dǎo)致了電池很難在容量上有更大的突破。新的思路可以采用非化學(xué)的其它的思路做電池極片。非傳統(tǒng)技術(shù)做電池極片，可以做到現(xiàn)在的1/3甚至更薄的厚度，質(zhì)量更小，就為大幅度提高容量密度鋪平道路。一種新型的氧化物負(fù)極高功率電池充放電10萬次都不會(huì)有問題。
決定未來鋰離子二次電池的幾點(diǎn)因素：價(jià)格、安全性、重量和體積未來鋰離子二次電池的發(fā)展要求更便宜更能夠被消費(fèi)者接受的價(jià)格，才會(huì)有更好的市場(chǎng)前景；在電動(dòng)汽車上使用的電池是不允許出現(xiàn)安全性問題的；未來動(dòng)力鋰電池重量和體積要向更小更輕發(fā)展。
展望未來，鋰離子電池替代鉛酸和鎳氫電池是必然趨勢(shì)。隨著價(jià)格持續(xù)下降，鋰離子電池取代鉛酸電池和鎳氫電池的速度在加快。（文/西貝）
