近幾年我國動力電池市場經(jīng)歷了爆發(fā)式增長，電池技術(shù)是其核心競爭力。目前動力電池主要包括磷酸鐵鋰電池、錳酸鋰電池和三元鋰電池等體系。表 2 比較了各類鋰離子電池的性能，其中 DOD 為放電深度（Depth-of-discharge）。

磷酸鐵鋰電池支撐著中國鋰離子電池材料產(chǎn)業(yè)半壁江山，在各類電池中具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)點(diǎn)：

磷酸鐵鋰電池的循環(huán)壽命相對較長、發(fā)熱量低、熱穩(wěn)定性好，同時磷酸鐵鋰電池還擁有良好的環(huán)境安全性。磷酸鐵鋰電池憑借著較低的價格和穩(wěn)定的性能大量應(yīng)用于電動客車，市場份額呈現(xiàn)增長態(tài)勢。該材料具有安全性好、循環(huán)壽命長、成本低等優(yōu)點(diǎn)，是動力和儲能電池的主打正極材料。通過納米化和表面碳包覆實(shí)現(xiàn)了可較大功率放電的性能，而且很好地進(jìn)行碳包覆的樣品不含酌γ-Fe2O3 和 Fe3+雜質(zhì)，在中國實(shí)現(xiàn)了世界最大的規(guī)模化生產(chǎn)。

磷酸鐵鋰電池工作機(jī)理

磷酸鐵鋰正極材料是橄欖石型結(jié)構(gòu)材料，六方密堆積排列，在磷酸鐵鋰正極材料的晶格中，P 占據(jù)在四面的位置，八面體的空隙位置由 Li 和 Fe 填充，晶體八面體和四面體形成了一個整體空間架構(gòu)，在各個點(diǎn)的密切聯(lián)系下形成一種鋸齒狀的平面結(jié)構(gòu)。

磷酸鐵鋰電池正極由橄欖石結(jié)構(gòu)的 LiFePO4 組成，負(fù)極由石墨組成，中間是聚烯烴PP/PE/PP 隔膜，用于隔離正負(fù)極、阻止電子而允許鋰離子通過。

充電時鋰離子從正極脫嵌經(jīng)過電解質(zhì)進(jìn)入負(fù)極，同時電子從外電路由正極向負(fù)極移動，以保證正負(fù)極的電荷平衡，放電時鋰離子從負(fù)極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入正極。這一微觀結(jié)構(gòu)使得磷酸鐵鋰電池具有了較好的電壓平臺和較長的使用壽命：電池的充放電過程中，其正極在斜方晶系的 LiFePO4和六方晶系的 FePO4兩相之間轉(zhuǎn)變，由于 FePO4和 LiFePO4在 200℃以下以固熔體形式共存，在充放電過程中沒有明顯的兩相轉(zhuǎn)折點(diǎn)，因此，磷酸鐵鋰電池的充放電電壓平臺長且平穩(wěn)；另外，在充電過程完成后，正極 FePO4 的體積相對 LiFePO4 僅減少 6.81%，而充電過程中碳負(fù)極體積輕微膨脹，起到了調(diào)節(jié)體積變化、支撐內(nèi)部結(jié)構(gòu)的作用，因此，磷酸鐵鋰電池在充放電過程中表現(xiàn)出了良好的循環(huán)穩(wěn)定性，具有較長的循環(huán)壽命

磷酸鐵鋰正極材料的理論容量是每克 170mA，實(shí)際容量是每克 140mA，振實(shí)密度是每立方厘米 0.9~1.5，工作時候的電壓是 3.4V。

磷酸鐵鋰電池具備成本和安全的優(yōu)勢

LFP 憑借其低價及強(qiáng)安全性在眾多正極材料中脫穎而出

鋰離子電池中正極材料占整個電池成本的 40%以上，且當(dāng)前的技術(shù)條件下，整體電池的能量密度主要取決于正極材料，所以正極材料是鋰離子電池的核心開發(fā)、研究的材料，目前成熟應(yīng)用的正極材料包括鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、磷酸鐵鋰及錳酸鋰。

（1）鈷酸鋰：有層狀結(jié)構(gòu)和尖晶石結(jié)構(gòu)，一般常用層狀結(jié)構(gòu)，其理論容量為 270mAh/g左右，層狀結(jié)構(gòu)鈷酸鋰主要應(yīng)用在手機(jī)、航模、車模、電子煙、智能穿戴等數(shù)碼產(chǎn)品上。20 世紀(jì) 90 年代索尼首次使用鈷酸鋰生產(chǎn)出第一塊商業(yè)化的鋰離子電池。我國鈷酸鋰產(chǎn)品 2003 年前基本被日本戶田、日亞化學(xué)、清美化學(xué)、比利時五礦等國外廠家壟斷。當(dāng)升科技 2003 年推出國內(nèi)第一款鈷酸鋰，并于 2005、2009 年分別實(shí)現(xiàn)出口韓國和日本，2010 年成為國內(nèi)第一家以正極材料為主業(yè)登陸資本市場的企業(yè)。2012 年，北大先行、天津巴莫推出第一代 4.35V 高電壓鈷酸鋰產(chǎn)品。2017 年，湖南杉杉、廈門鎢業(yè)推出 4.45V 的高電壓鈷酸鋰產(chǎn)品。

當(dāng)前鈷酸鋰的能量密度和壓實(shí)密度已基本到極限，其比容量與理論容量相比還是有較大的提升空間，但是由于當(dāng)前整體的化學(xué)體系限制，尤其是電解液在高電壓的體系下很容易分解，故進(jìn)一步通過提升充電截止電壓提升比容量的方法受到了一定的限制，后續(xù)一旦電解液技術(shù)得到突破，其能量密度還會有提升的空間。

（2）鎳鈷錳酸鋰：一般具有綠色環(huán)保、成本低（成本僅相當(dāng)于鈷酸鋰的 2/3）、安全性好（安全工作溫度可達(dá) 170℃）、循環(huán)使用壽命長（延長 45%）的優(yōu)勢。

2006 年深圳天驕、寧波金和率先推出 333、442、523 體系的三元材料。2007 至 2008年主要原材料金屬鈷的價格大幅漲價，導(dǎo)致鈷酸鋰和鎳鈷錳酸鋰材料的差價擴(kuò)大、促進(jìn)了在中國鋰電市場的應(yīng)用，鎳鈷錳酸鋰材料迎來了第一個爆發(fā)期。2007 年貴州振華推出單晶型的 523 體系的鎳鈷錳酸鋰材料。2012 年廈門鎢業(yè)出口日本市場的企業(yè)。2015 年政府補(bǔ)貼政策引導(dǎo)鎳鈷錳酸鋰材料迎來了第 2 個爆發(fā)期。

當(dāng)前對單晶化鎳鈷錳酸鋰研究主要通過不斷的提升鎳含量，提升充電截止電壓，來進(jìn)一步的提升產(chǎn)品的能量密度，但這對電解液等相關(guān)配套材料以及鋰離子電池制造廠商的技術(shù)能力提出了更高的要求。

（3）錳酸鋰：有尖晶石結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu)，一般常用尖晶石結(jié)構(gòu)的。理論容量 148 mAh/g，實(shí)際容量在 100～120mAh/g 之間，具有容量發(fā)揮較好、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、低溫性能優(yōu)越和成本低廉等特點(diǎn)。但是其晶體結(jié)構(gòu)容易畸變，造成容量衰減，循環(huán)壽命短。主要應(yīng)用于一些對安全性要求較高，成本要求高，但對能量密度和循環(huán)要求較低的市場。如小型通訊設(shè)備、充電寶、電動工具和電動自行車、特殊場景（如煤礦）。

2003 年國內(nèi)錳酸鋰開始產(chǎn)業(yè)化，云南匯龍和盟固利率先搶占低端市場，濟(jì)寧無界、青島乾運(yùn)等廠家逐漸加入，容量型、循環(huán)型、動力型產(chǎn)品多元化發(fā)展?jié)M足不同的應(yīng)用市場。2008年，盟固利將錳酸鋰動力電池成功應(yīng)用在電動客車上。目前錳酸鋰低端市場主要是應(yīng)用于對電池性能要求相對較低的通訊類電池、筆記本電腦電池和數(shù)碼相機(jī)電池，錳酸鋰依然會保持穩(wěn)定增長的市場需求。高端市場是以車用市場為代表，對電池性能要求較，但隨著三元材料技術(shù)的不斷發(fā)展成熟，其在車用鋰電的市場份額不斷下降。

（4）磷酸鐵鋰：一般具有穩(wěn)定的橄欖石骨架結(jié)構(gòu)，放電容量可以達(dá)到理論放電容量的95%以上，安全性能優(yōu)異，對于過充的承受力很好，循環(huán)壽命長，并且價格低廉。但其能量密度限制難以解決，而電動汽車用戶卻不斷提升續(xù)航需求。

1997 年橄欖石型磷酸鐵鋰首次被報道可用作正極材料。北美的 A123、Phostech、ValeNce 較早實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)，但由于國際新能源汽車市場不如預(yù)期，不幸破產(chǎn)被收購，或停產(chǎn)。臺灣的立凱電能、大同尚志等廠商以來大陸訂單，在國內(nèi)磷酸鐵鋰廠商技術(shù)和產(chǎn)能趕超的情況下發(fā)展趨緩。2001 年我國啟動磷酸鐵鋰的材料開發(fā)，目前我國磷酸鐵鋰正極材料研究和產(chǎn)業(yè)發(fā)展居于全球前沿，磷酸鐵鋰材料得到了蓬勃的發(fā)展。

磷酸鐵鋰正極材料在應(yīng)用的時候體現(xiàn)了良好的熱穩(wěn)定性能、安全可靠性、低碳環(huán)保性，是大型電池模塊的首選正極材料。但是磷酸鐵鋰正極材料的堆積密度較低、體積能量密度不高、應(yīng)用范圍有限。針對磷酸鐵鋰正極材料的應(yīng)用局限，相關(guān)人員可以通過在其中摻雜高價金屬陽離子、表面包覆導(dǎo)電材料的方法來提升這種材料的電導(dǎo)率。經(jīng)過一段時間的發(fā)展，磷酸鐵鋰正極材料逐漸發(fā)展成熟，被人們廣泛的應(yīng)用在多個領(lǐng)域，比如電動汽車領(lǐng)域、電動自行車領(lǐng)域、移動電源設(shè)備、儲能電源領(lǐng)域等。

磷酸鐵鋰正極材料因其高安全性，加上循環(huán)壽命長、資源豐富、價格較低的獨(dú)特優(yōu)勢電動汽車尤其是電動客車領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

但磷酸鐵鋰正極材料橄欖石晶體結(jié)構(gòu)固有的缺陷，如電導(dǎo)率低、鋰離子擴(kuò)散系數(shù)小等造成其能量密度低、低溫性能差和倍率性能差等缺點(diǎn)在一定應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹艿较拗?。改善其缺點(diǎn)的方式主要有表面包覆改性、體相摻雜改性等手段。

文章來源：西南證券