三元材料发展与应用综述 下载本文

动工具等移动电源上的市场份额将会更具有统治地位。

3)电动自行车电池:2010年我国共产电动自行车2954万量,其中只有锂

电自行车约80万量。电动自行车厂家自2009年起开始使用三元材料电池,主要有两种类型,一种是纯三元电池,另一种是共混电池,包括三元锰酸锂共混和三元钴酸锂共混。2010年整个电动自行车行业共消耗1000吨左右的三元材料。

4)电动汽车电池:三元材料高的能量密度和安全性能以及尚可接受的循环

性能使其成为电动汽车电池的候选正极材料之一。尤其是最近富锂三元材料的研究更是大大提高了未来动力电池的能量密度。目前丰田公司的PHEV已经采用三元材料动力电池,本田公司的电动汽车也开始采用三元材料动力电池,而国内电动车领先企业中文沂星今年已经采购1000套的三元锂电池开始试生产。未来在动力电池上的应用将大大提高全球对三元材料的需求量。

图7 世界大厂动力电池所用正极材料

根据拓墣产业研究所统计资料,锂电大厂三洋、松下、日立、SK等均已经选择三元材料作为其动力电池的正极材料。

国内天津力神使用18所的三元材料制作动力电池,单体容量可达到15Ah,已应用在电动工具电池上,经多次Pack可用于电动汽车使用。东莞新能源ATL与美国3M公司达成协议,3M公司授予ATL在锂电池生产中使用三元正极材料的3M知识产权许可,并成为ATL三元正极材料的战略供应商。面对速发展的锂电池工业,3M还将与ATL一起开发新的正、负极和电解液材料,从而使锂电池产品广泛应用在便携式电子设备和电动汽车上。ATL已经开发了多种适合动力电池的锂离子电池电芯。而国内知名电动自行车电池生产商优科能源推出了24V、36V、48V多个系列的电动车三元锂电池,每个系列的电池都具有6Ah、8Ah、10Ah、12Ah、15Ah等不同的容量配置。优科能源表示其各种锂电芯均采用高精度自动化生产线生产,电芯的安全性、可靠性和一致性处于行业的领导地位,电芯的循环寿命达1000次以上。深圳比克已经在天津成立动力电池公司,目前开始生产圆柱三元材料单体电池,单体电压3.6V。广东精进能源开发出适用于电动自行车系列的PMH系列高安全高性能电池,采用镍钴锰三元正极材料,耐过充性能好,通过穿刺,直接短路,满电状态150℃热冲击等破坏性试验均不爆炸,不起火。精进能源生产的单体电芯10AH以上的高容量高功率动力聚合物电池,具有优越的循环性能,耐高温,重量轻,体积小,不容易气胀,克服电动车启动瞬间大电流等问题,通过串并联可满足市场上对12V,24V,36V,48V的电动自行车动力电池要求,去年已出口12万套。另外,国内其它知名厂家,包括比亚迪、中行锂电、德赛能源等等,也开始应用三元材料制作动力电池和普通电芯。

韩国SK能源公司利用锂锰氧化物正极材料与NMC材料共混以提高电池材料的稳定性;目前已经开发出6种锂离子电池,其中2种应用于混合动力汽车(HEV),4种应用于充电式混合动力汽车(PHEV)。电池的能量密度可达140Wh/kg。电池在运行50万公里后容量和功率损失不到10%,电池之间电压变化低于120mV。SOC为50%时在45℃条件下放置400天,电池还能保持80%的容量和功率。

日本三洋公司利用三元材料生产的18650电池容量超过2250mAh,内阻小于38毫欧,已经广泛应用于笔记本电脑,便携式DVD及其它各类电子产品和

设备中。据报道由于合资工厂产能不足,丰田决定增加充电电池的供货商,向三洋采购电动车用的锂离子电池。采购的锂离子电池将首先搭载于2011年上市的小型箱式商用车上,预计先期每年采购1万辆的电池用量。未来则可能搭载于能够在家用电源充电的插入式混合动力汽车和电动汽车上,而这种锂电池采用的材料很可能就是NCM材料。

日本日产电动车Leaf的电池由其与NEC合资组建的AESC电池公司提供。LEAF动力电池采用锰酸锂三元材料,容量、体积、安全性都有保证。

目前,日本厂商提供的三元材料品质在全球最好,销量也是最高。据统计,2010年日本三元材料产量占全球产量的65%以上,产能世界第一,而且多数大厂计划在2011年继续扩大产能。

表5 日本主要三元厂家产能及扩产计划

厂家 田中化学 户田工业 日本化学 2010年产能t/Y 500 1000 1500 2011年扩产计划t/Y 1500 3000

美国方面,美国能源部2009年后开始大力支持动力电池用三元材料的开发与生产,这主要是看到磷酸铁锂近期内无法满足动力电池要求的结果。美国3M公司掌握三元材料核心专利,一切改变镍钴锰比例的化合物都被3M公司专利攘括。而阿贡国家实验室则掌握固溶体类三元材料核心专利,目前已授权美国安能公司、通用汽车、德国巴斯夫和日本户田工业使用该专利,可以说美国在三元材料的全球布局已经展开。美国主要生产厂家有3M公司(中国瑞翔代工)、OMG公司和安能公司,目前产能都不大,而3M公司甚至直接找中国瑞翔代工,也使中国材料得以在国际大厂上得到应用。

图8 美国安能公司生产的富锂三元材料

国内涉足三元材料的企业有十几家,其中产量上规模的企业不到10家,市场集中度比较高,优势企业占据市场份额较大,如宁波金和和天骄科技,这两家企业提供的材料过程稳定性更好些,产能及所占市场份额排在第一、第二位,后来者很难赶超。

国内重点三元厂家有以下几家:

宁波金和:公司年产钴酸锂1000吨、镍钴(锰)酸锂1500吨,除满足国内主要电池厂家外,还远销日本、韩国,拥有TDK、LF、三星、天津力神、天津巴莫、比克、联想等一批战略客户,综合市场竞争力处于同行业领先地位,其中镍钴锰酸锂2008年的产销量居全球第二。锂电正极材料三元市场国内占有率第一,公司计划未来三年镍钴(锰)酸锂项目扩产到6000吨/年,并且已经开工建设。

天骄科技:天骄科技成立于2004年,是一家以生产锂电池正极材料为主的高新技术企业,2007年中国宝安通过投资间接持有该公司75%股权,注册资金1000万元。现已具备年产 1200 吨三元正极材料的生产能力,前躯体自己生产,并且掌握三元烧结技术。

湖南杉杉:公司是由宁波杉杉股份有限公司(占75%的股份)和中南大学(占25%的股份)联合创办。成立于2003年11月,注册资本5000万元,投资总额近3亿元,是湖南省高新技术企业。三元材料目前生产能力500吨/年,并有大规模扩产计划。2010年,湖南杉杉与拥有锂电池正极材料高端技术的知名材料