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为何锂电池三元材料这么多年依旧是“老二”

更新时间:2013-10-29 06:47:22 点击: 编辑:锂辉电池

    锂电池用三元材料经过十几年的发展,在国外正极材料的市场份额已成功超越钴酸锂,但在国内的发展却一直不尽如人意。锂电池用三元材料自2004年进入中国以来,除了2007~2008年间增幅较大之外,往后的年间增速趋缓,在整体产量上也一直未超越钴酸锂。2011年国内锂电池用三元材料的产量为2125吨,占正极材料市场份额的25%;2012年的产量为2943吨,占比27%。
 
  为何锂电池用三元材料经过这么多年的发展依旧是“老二”?究竟是哪些因素在阻碍锂电池用三元材料的发展?锂电池用三元材料还要继续“二”多久?
 
        恶性竞争
 
       在国内的正极材料市场中,磷酸铁锂的量虽然不多,但却一直是锂电池用三元材料的重大威胁者。因为前几年国家一直主推磷酸铁锂电池,一旦动力电池市场需求爆发,磷酸铁锂的产量就极有可能赶超锂电池用三元材料。然而事情的发展出乎人们的意料,锂电池用三元材料不仅没有被威胁到地位,而且连一直被专家学者们所热捧的磷酸铁锂也被证实并不适用于小轿车。
 
  紧接着2 0 1 2年工信部、科技部、财政部联合发文明确要求2015年电池单体的能量密度达到180Wh/kg以上,这也意味着正式宣判了磷酸铁锂在动力电池领域的“死缓”。综合各种材料的性能,锂电池用三元材料被业内人士一致认为是未来动力电池的主流材料。
 
  事实上,动力电池领域关于磷酸铁锂和锂电池用三元材料的争论和试验一直就没有停止过,国家此项政策的出台对于锂电池用三元材料来说是全新的机遇还是新一轮的灾难尚不得而知。“目前国内动力市场需求不足,材料厂普遍产能过剩,材料厂家相互拆台及压价现象严重。”济宁市无界科技有限公司副总经理蒋永善接受记者采访时表示,“而且今年下半年会有更多的磷酸铁锂厂家转生产三元,恶性竞争会加剧。”
 
  目前磷酸铁锂材料厂家们的日子比较窘迫,他们只有3条路,要么将目标投向储能,要么转做三元,要么等死。转做三元的成本不低,而且三元的竞争也很激烈。今年共有20多家磷酸铁锂材料厂家转战锂电池用三元材料。
 
  据了解,理论上生产过磷酸铁锂的部分设备是能直接用于生产锂电池用三元材料的,但在实际的工业化应用中,由于无法保证能完全清理干净设备中的残留物质,为免除污染,磷酸铁锂厂家如果转做锂电池用三元材料便意味着要重新购买设备。“要求严格的话,设备相当于重买,半自动的约250~300万,全自动的约500~600万。”
 
  受移动电源市场爆发影响,圆柱电池厂近一年发展迅速,连带材料厂家、设备厂家均获益不浅。
 
  目前圆柱电池的正极材料大多采用锂电池用三元材料,但锂电池用三元材料厂家本身并没有外界所猜测的高利润。
 
  “别看锂电池用三元材料的市场看起来红火,实际上其利润率已经很低了,”一位材料厂家人士给记者算了笔账,“锂电池用三元材料的原料成本是9万元一吨,到车间成本已经是11~11.3万,还不含公司管理费用,目前市场普遍卖12.3万。”
 
  按常理,“薄利”的出路是“多销”,然而国内锂电池用三元材料厂家却不敢大量生产。“因为国内电芯厂普遍需要120~150天的账期,这意味着生产越多资金压得越多,一旦卖不出去就会出大问题。”
 
  上述材料厂家人士表示。
 
  据了解,国内的锂电池用三元材料厂家普遍成立时间较短,规模较小,抗风险能力弱,加上账期较长的缘故让大部分厂家在接单及生产的时候小心谨慎,一定程度上影响了锂电池用三元材料的市场份额。
 
  圆柱电池热销带来的暖意才持续了没多久,这边厢的“韩流”又猛烈来袭。三星快速下调18650电池价格,电芯厂首当其冲,紧随其后的遭殃者便是锂电池用三元材料厂家,业内人士分析称18650降价主要靠材料降价。据GBII预测,2013年国内锂电池用三元材料的价格将下降至13.5万元/吨,2014年将下降至12万元/吨,属正极材料中降幅最大(见下图)。
 
        技术瓶颈
 
       材料厂家竞争激烈是无法避免的,锂电池用三元材料要想突出重围必须从技术方面进行突破,而不是一味思考怎么压缩成本。虽然锂电池用三元材料有很高的比容量,但压实密度不高的“硬伤”决定了其能量密度一直无法超越钴酸锂,“首先从物理性能上讲,锂电池用三元材料属于小颗粒团聚体,而钴酸锂属于单晶大颗粒,在先天条件上决定了锂电池用三元材料的压实密度无法超越钴酸锂。
 
  加上目前国内锂电池用三元材料主要都是用氢氧化物沉淀法,这种方法做出来的锂电池用三元材料压实密度一般都在3.4-3.5之间,而高压式的钴酸锂(压实密度)能达到4.2。这也是为什么锂电池用三元材料一直无法在高端手机、平板电脑等领域替代钴酸锂的原因。
 
  除了受制于能量密度无法超越钴酸锂之外,锂电池用三元材料高温易胀气的问题也一度让业内人士头疼不已。而且有趣的是,记者咨询了不少业内人士关于锂电池用三元材料胀气的问题,发现居然有多种“答案”,有说是因为电池杂质的,也有归因于压实密度的,还有说是因为电解液分解出氧气的缘故。“主要是523锂电池用三元材料的胀气严重点。这是由于高镍材料容易吸水,吸收的水分两部分,一部分物理吸附,另一部分会和镍发生络合反应而存在于晶相中,在高温或者循环的时候才会释放出来而产气。”一位业内人士这样解释锂电池用三元材料胀气的原因。
 
  当磷酸铁锂被一步步证实并不适用于小轿车时,业内人士也在孜孜不倦求证锂电池用三元材料的可用性。据了解,国内不少电池生产企业采用锂电池用三元材料研发电池已超过两年,其中不乏像ATL、比亚迪、力神、中航锂电等大型电池生产厂家,与此同时不少整车厂也在测试其性能,但为何迟迟不见国内锂电池用三元材料电动车面市?其实锂电池用三元材料目前最致命的是循环寿命较差,安全性还可以通过电池的设计、电动车的设计以及电池控制能力等方面进行改善。就像美国特斯拉model s目前用的是镍钴铝(NCA)材料,实际上这个材料本身的安全性能并不高,但通过电池制造环节增强其一致性及电控能力让其成为了安全性高的优质电池。目前国内锂电行业的整体技术还远达不到这么高的水平。”
 
  尽管内忧外患,破局成谜,业内人士却普遍对锂电池用三元材料的趋势持乐观态度。目前钴的价格还处在低位,随着钴价回升以及国家对环保的重视,钴酸锂是迟早要被取代的。预计未来3年锂电池用三元材料的市场份额有可能超越钴酸锂成为第一。因为普通的锂电池用三元材料生产工艺其实门槛不高;磷酸铁锂的能量密度和电池一致性无法达标;锰酸锂的工艺较复杂;NCA与锂电池用三元材料的性能其实相差不远,但NCA对环境非常敏感。综合正极材料的性能比较,接下来国内动力电池领域用锂电池用三元材料的可能性最大。

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