三元正极材料行业研究报告
的克容量发挥的更高，提高电池的体积能量密度，是目前用量很大的三元材料。然而由于化合价平衡的限制，使材料中镍有一部分以三价的形式存在，混合价态使得523的 PH值比较高，11.2左右，控制不好的话极片比较容易吸水，但因为容量高，性价比好，几乎所有的铝壳厂都会用来混钴酸锂提高能量密度，混锰酸锂的也非常多，因为现在523的高温性能得到了明显的改善。很多软包开始用523。
1.4 三元材料的改性方法
目前LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2存在的问题主要是材料的首次充放电效率低、锂层中阳离子的混排，影响材料的稳定性以及材料的放电电压平台较钴酸锂较低等。为了提高材料性能，需要对其进行改性，常用的改性方法有两种，即离子掺杂和表面包覆。离子掺杂改性的原理在于锂离子电池的输出功率与材料中的电子电导及锂离子的离子电导都有直接关系，所以不同手段提高电子电导及离子电导是提高材料的关键，进行离子掺杂改性可以达到这个目的。各种离子掺杂改性方法和效果见表2-1. 表面包覆主要是用金属氧化物（Al2O3，ZnO，ZrO2等）修饰三元材料表面，使材料与电解液机械分开，减少材料与电解液副反应，抑制金属离子的溶解，优化材料的循环性能。同时表面包覆还可以减少材料在反复充放电过程中材料结构的坍塌，对材料的循环性能是有益的。
表1-1 常见的掺杂方法及效果
掺杂方法 效果 等价态掺杂后不会改变原来材料中原子的化合阳离子等价态掺杂 价，但是一般可以稳定材料结构，扩展离子通道，提高材料的离子电导率。 掺杂价态更低的离子会导致过度元素的价态升阳离子不等价态掺杂 高，即产生空穴，改变材料的能带结构，大幅提高材料的电子电导。 阴离子掺杂多见于F–取代Ｏ2-，通过氟离子体相阴离子掺杂 掺杂可以使材料的结晶度更好，从而增加材料的稳定性。
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1.5 三元材料与其他正极材料性能比较
正极材料 工作电压 密度（g/cm） 结构 比容量（mAh/g） 能量密度 （kWh/L） 循环性能 安全性 成本 3LiCoO2 3.7 5.0 2-D, Layer 140～145 LiNi1-yMyO2 3.6 4.6～4.8 2-D, Layer 175～190 Li（NixCoyMn1-x-y）O2 3.6 4.4～4.6 2-D, Layer 140～160 LiMn2O4 3.8 4.2 3-D, Spinel 110～130 LiFePO4 3.4 3.6 1-D, Olivine 140～155 2.7 +++ +++ 高 3.2 ++++ ++ to ++ 中 2.5 ++++ +++ 中 1.9 ++ ++++ 低 1.9 +++++ ++++ 较低
1.6 行业应用
三元材料可用于小型锂电池及动力电池，尽管目前其市场份额有限，但其发展势头明显。采用三元材料的小型锂电池已经逐渐被人们所接受，如东莞钜大电子有限公司生产的钜大14AQ002-03型电池，采用ICR18650-1S1P组合方式，标称电压为3.7V，标称容量可达到2200mAh，标准持续放电电流为0.2C，最大持续放电电流为1C，充电时最高温度为45℃，经试用，性能卓越。由于我国新能源汽车的发展已成为不可逆转的趋势，三元材料运用于动力锂电池制造也将成为一个无可争议的事实，2011年8月，由上海卡耐新能源有限公司生产的高性能三元材料动力锂电池在北京亮相。据悉，该锂电池是引进日本技术生产的，将于2011年年底投放国内市场。该公司即将投产的三元材料锂离子动力电池，采用叠片式软包装形式，其电池能量密度比目前国内市场上风头正劲的磷酸铁锂电池高35%，将对解决电动汽车续驶里程不足的问题是一种有效的解决方案。与磷酸铁锂电池、钴酸锂电池等相比，三元材料锂电池有很多优势，是比较适合的车用锂电池。目前，三元材料锂电池能量密度能够达到160Wh/kg，已经明显高于其他材料的电池。另外，其低温特性、功率特性以及高温储存性也优于其他材料的电池。随着技术的不断提高，三元
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材料锂电池的能量密度还会有很大的上升空间。目前，该公司已与3家整车企业客户开展合作，开发设计动力电池系统。同时，也受到了国外跨国大公司的关注。
二、三元材料行业市场现状及发展对策
2.1 全球锂电池材料需求及销售分析
锂离子电池材料主要包括锂正极材料、负极材料、电解液及隔膜。而锂离子电池的锂源主要分为碳酸锂和六氟磷酸锂电解质。据电池人才网预测，每GWh容量的锂离子电池将需要1000吨碳酸锂、2000吨正极材料、300吨六氟磷酸锂、3000吨电解液及50万平方米隔膜。因此在2015年，碳酸锂的市场需求将达到6.08万吨，正极材料达到12.17万吨，六氟磷酸锂达到1.82万吨，电解液达到18.25万吨及隔膜达到30.41百万平方米。可见电池材料的需求量较大。其中，新能源汽车用锂离子电池材料为主要需求点(图2-1)。
图2-1 2010年、2015年电池材料的需求量预测(左)，2015年新能源汽车锂电池材料
需求量(右) （资料来源：电池人才网）
由图2-2所示，在2009年全球锂离子电池材料销售值较2008年增长了16%，达到了33.9亿美元。其中正极材料达18.1亿美元，负极材料达2.66亿美元，电解液达4.79亿美元，隔膜达6.24亿美元(图8)。这表明正极材料的产业规模是电池材料中规模最大的一部分，因此锂离子电池产业的发展将受制于正极材料产业的发展速度。
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图8 2009年全球各类电池材料的销售值 （资料来源：电池人才网）
2.2 三元材料国内外发展现状
2009年，全球锂离子电池正极材料仍以钴酸锂市场份额最大，占50％，其次是三元材料，占39％，锰酸锂和磷酸铁锂材料分别是6％、5％。其中，钴酸锂正极材料的市场份额较往年有很大幅度的下降，三元材料市场份额呈上升趋势，锰酸锂的市场份额变得不大，磷酸铁锂材料作为新型材料开始逐步应用市场，今后随着动力锂电池的大规模量产，其使用量将极具上升。2009年受原料钴跌价影响，三元材料市场相对萎靡，毛利润维持在15％左右（截至2009年底，LCO 24~28W/T，NCM 17~18W/T）。2010年随着经济的复苏，钴资源价格将会逐渐上升，三元材料相对钴酸锂的竞争优势更加明显，市场占有率会抬升。日本、韩国一些知名电池厂商已经从2010年开始全面使用三元材料，钴酸锂将被淡出市场，国内市场从长远来看，也将呈现这一趋势。
2004年中国锂电池行业开始接触及开发镍钴锰三元正极材料。2005年部分中国企业开始试生产镍钴锰三元正极材料，但在正极材料中市场份额占有率非常小。2006 年国内锂电池正极材料需求量达到2万吨，其中钴酸锂、锰酸锂两种产品共占96%的市场份额，二者需求量达到1.92 万吨。镍钴锰三元正极材料所占市份额不足4%。2007－2009年随着金属钴价的不断上涨，钴酸锂价格也随之猛涨，国内企业纷纷使用镍钴锰三元材料替代部份钴锂，三元市场份额不断增加，估计超过15%。随着电动工具和笔记本电池市场的不断扩大，2010-2011年三元市场份额仍在不断增加中，由于金属钴价格的进一步上涨，预计2011年年底将突破100万/吨大关，届时钴酸锂材料将面临巨大的成本压力，由此，价格低廉而性能优越的三元材料会进一步体现出竞争优势，抢占更多市场份额。
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2.2 三元材料市场细分
三元材料的应用领域按用途分，用于数码通讯类电池、笔记本电池、电动工具电池、动力自行车/汽车电池等。
从区域上看，数码通讯类电池、笔记本电池生产主要分布珠三角地区，具有电池制造厂繁多、客户群广、上下源供需配套集中、齐全等特点；三元材料的市场非常巨大。
电动工具电池、动力自行车/汽车电池生产商相对比较分散。主要集中在山东、江浙、河南片区。这类型的电池生产商的电池日产量可能没有通讯类电池生产商规模大，但由于单体电池容量较高、体积较大，意味着原材料的需求量也不可忽视
2.3 三元材料市场前景
在通讯电池方面，最近3—5 年内，钴酸锂的主导地位将会逐渐弱化，可能出现钴酸锂和镍钴锰三元材料共存的现象，5年后，可能是镍钴锰三元材料独霸的时代。
在电动工具领域，镍钴锰三元材料具有高的能量密度、良好大电流充放电性能、优秀的循环性能及安全性能，有可能成为主要的正极材料。
在动力电池领域，由于钴酸锂的安全问题和高昂的价格，使其一直在动力电池门外徘徊，始终没有完全进入动力电池领域。目前，钴酸锂和锰酸锂小批量配合使用，始终没有大批量进行商业化运作，产品只是在小批量试生产阶段。
在动力电池领域，磷酸基正极材料、锰酸锂、镍钴锰三元材料有可能替代钴酸锂成为新一代正极活性物质。
2.4 三元材料市场竞争状况
日韩在三元材料领域处于领先地位，美国3M公司掌握三元材料核心专利，目前国内企业也掌握了成熟的三元材料技术，基本可满足国内市场需求，但受制于专利问题，目前绝大部分市场针对山寨手机/笔记本、电动工具等，很难为大厂配套，且出口至今未实现。日本厂商提供的三元材料品质在全球最好，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，如余姚金和和天骄科技，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。
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