中国报告大厅网讯,三元正极材料具有循环好、安全性高、价格低、加工性能好等优点,在汽车、电子等行业的快速发展下,我国三元正极材料产量高速增长,以下是2023年三元正极材料行业发展趋势。
三元正极材料是层状镍钴锰(铝)酸锂复合材料。三元正极材料行业发展趋势指出,按照镍盐、钴盐、锰(铝)盐的比例,可以分为NCM333、NCM523、NCM622、NCM811、NCA等型号。
锂离子电池常用的正极材料有锰酸锂,钴酸锂,磷酸铁锂、三元材料等。2022年三元正极材料在锂电池正极材料总出货量中占比38%,位居第二,仅次于占比43%的磷酸铁锂正极材料。数据显示,我国三元正极材料从2016年5.5万吨增长到2022年42万吨,年复合增长率高达50.17%。预计2023年出货量继续高速增长,达到51.2万吨出货量。笔者从以下三点分析三元正极材料行业发展趋势。
正极材料可以分为多晶和单晶。一般多晶材料是以微米级别的团聚体形式存在。团聚体内部存在 大量晶界。在电池充放电过程中,由于各向异性的晶格变化,多晶材料容易出现晶界开裂,导致 二次颗粒发生破碎。从而导致副反应快速增加,阻抗上升,性能快速下降等。采用单晶颗粒,可以减少晶界,减少副反应的发生,还能提高压实密度,从而提高能量密度。与多晶相比,单晶材料的循环性能一般会好很多。
三元正极材料行业发展趋势指出,三元正极材料的第二个发展趋势是高电压化,相当于是提高锂电池充电截止电压。 一般三元电池的充电截止电压为4.2V~4.3V。国家标准GB/T 37201-2018指出,三元电池测试时 一般是以0.2C恒电流充至4.2V,再恒压充电。以5系三元为例,当充电截止电压由4.2V提高到4.4V时,正极材料放电克容量可以由158.4mAh/g 提高到188.6mAh/g,提高19%。并且充电截止电压到4.5V时,正极克容量可以超过200mAh/g。
三元正极的第三大趋势:高镍化。高镍化的主要目的是为了提高能量密度。 从电子结构来看,钴(Co)的eg轨道为空轨道,t2g轨道与氧(O)的2p轨道有较大重叠,深度脱锂时容 易析氧,出现结构塌陷。此外钴的t2g轨道与氧的2p轨道形成π键,作用力较弱,电子易转移。镍(Ni)的eg轨道与氧的2p轨道重叠非常小,因此理论上镍的eg轨道上电子可以完全失去,镍酸锂的有 效容量更高。对于锰,当镍含量超过锰时,锰会转变为4价形态存在,非常稳定。一般而言,在NCM体系中,钴含量越高,倍率性能越好;镍含量越高,克容量越高;锰含量越高,结构 越稳定。一般8系三元的克容量可以做到超过200mAh/g。
综合来看,在动力电池对三元正极材料需求的持续扩大下,我国三元正极材料行业将高速发展,预计2023年市场规模将达到248亿元。