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锂电池正极材料的集成度不断提高,优胜劣汰的局势更加明显。随着锂电池市场的不断发展,正极材料需求量也在不断扩大,2010年我国锂正极材料的需求达到52000吨,比2009年增长81.7%。我国拥有丰富的资源优势,原材料锂的成本低廉并且具有一定基础的技术底蕴,同时我国在下游领域的巨大需求推动了锂正极材料的高速发展,锂正极材料的产能正逐步向中国移动预计,未来我国锂电池正极材料的集成度不断提高,优胜劣汰的局势更加明显。
负极材料:国内技术成熟,钛酸锂发展前景广
锂电池负极材料国内技术成熟,碳材料种类繁多。作为锂电池的四大关键材料之一,负极材料技术与市场均较为成熟,成本比重最低,在5-10%左右。现阶段负极材料研究的主要方向如下:石墨化碳材料、无定型碳材料、氮化物、硅基材料、锡基材料、新型合金和其他材料。
石墨产品主导天下。负极材料主要由碳素材料为主,包括天然石墨、人造石墨、石墨化中间碳微球。据统计,2012年中国负极材料出货量为27650吨,其中天然石墨出货量占比59%,人造石墨30%,石墨化中间碳微球8%。在全球,石墨类负极材料占总出货量的90%,在负极材料中处于绝对主流的优势。
天然石墨具有性价比高,加工性能好等特点。我国石墨矿资源丰富,成本较低,但是天然石墨也有一些缺陷,吸液性差,分子中不存在交联的sp3结构,墨片分子容易发生平移,从而导致石墨负极材料的循环性能差。天然石墨负极材料主要用于消费类电子产品。
人造石墨因其结构稳定性好,循环寿命长等高性能,有取代天然石墨的趋势。人造石墨通过对原始材料进行表面改性和结构调整,使其部分无序化或者在各类材料中形成纳米级的孔、洞和通道等结构,加大锂离子嵌入和脱嵌反应,因此具有高压实、高容量、长寿命等优势。人造石墨主要作为动力电池的负极材料。
中间相碳微球综合性能好,循环寿命长。中间相碳微球是球形结构,堆积密度高,单位体积嵌锂容量比较大,而且小球具有片层状结构,有利于锂离子的嵌入和脱嵌。700℃热处理的中间相碳微球充电容量可达1190mAh/g,放电容量大750mAh/g,远超过石墨的理论放电容量(372mAh/g)。
钛酸锂是安全性最高的负极材料,在充放电循环中保持“零应变性”。零应变性是钛酸锂嵌入和脱嵌锂离子晶格常数和体积变化很小,能够有效避免由于电极材料的来回伸缩导致结构的破坏,从而大大提高电极的循环次数。另外,钛酸锂的电势比纯金属锂的高,不易产生晶枝,为保障锂电池的安全提供了基础,但是钛酸锂的比容量比其他负极材料低很多,容量为175mAh/g,作为电池材料其振实密度比较低,单位体积容量较小。
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