文档介绍：2011年镍钴锰三元正极材料行业研究报告
三元正极材料行业研究报告
镍钴锰三元正极材料
行业研究报告
二○一一年九月二十四日
目录
1一、三元正极材料介绍
113>.1 三元正极材料简介
三元材料的结构特征
三元材料的分类
三元材料的改性方法
三元材料与其他正极材料性能比较
行业应用
6二、三元材料行业市场现状及发展对策
全球锂电池材料需求及销售分析
三元材料国内外发展现状
三元材料市场细分
三元材料市场前景
三元材料市场竞争状况
9三、国内三元材料企业及产能概况
10四、生产制备方法
12五、应用领域
通讯电池
新能源汽车
一、三元正极材料介绍
三元正极材料简介
三元正极材料是指镍钴锰酸锂(Li(n)O2),三元复合正极材料前驱体等产品,以下所说的三元材料仅指其通式为Li(NixCoyMnz)O2的镍钴锰酸锂,是以镍盐、钴盐、锰盐为原料制备而成,产品为黑色粉末,其含有镍钴锰的比例可以根据实际需要调整。可用于小型电池和动力电池中。三元材料因兼有LiNiO2和LiCoO2的优点,且价格便宜,合成容易,被认为是最有可能取代目前商用LiCoO2的新型正极材料,也是现今锂离子电池研究的一大热点。
图1-1 三元正极材料体系
三元材料与钴酸锂相比,具有以下显著优势:
1、成本低:由于不含钴,成本仅相当于钴酸锂的1/4 且更绿色环保。
2、安全性好:安全工作温度可达170℃,而钴酸锂仅为130℃,大幅提升了使用安全性,有利于消费者的人身安全。
3、克容量高: 时(),其克容量发挥高达210mah/g, 时,其克容量发挥高达245mah/g,相当于
倍,极大提升了电池的能量密度和供电时间。
4、电池的循环使用寿命延长了45%。
三元材料的结构特征
自LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 首次合成并在锂离子电池中应用以来,其内部结构以及三种过渡金属的作用机理一直是理论界关注的焦点。LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的结构与LiCoO2 类似,为α-NaFeO2层状结构,属R3 m空间群。Li原子占据3a位置,氧原子占据6c位置,Ni 、Co 、Mn 占据3b位置,每个过渡金属原子由6个氧原子包围形成MO6 八面体结构,而锂离子嵌入过渡金属原子与氧形成的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 层。目前,关于3b位过渡金属的排列有3种假设模型:第一种模型是由Ohzuku 等通过第一原理计算得到的3×3 R30°超晶格如图1 (a) ,Ni 、Co 、Mn3种原子均匀有规则地排列在3b层;第二种模型是Co2O2 、Ni2O2 、Mn2O2 层交替排列组成的晶格如图1 (b) ;第三种模型是Ni 、Co 、Mn3种原子在3b 位的分布是随机的,在晶体内部局部分布无一定规则。Ohzuku 等合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 材料,通过HRTEM可知该材料含有立方密堆积的氧原子层状构型,[001 ]区电子衍射显示出3×3 R30°超晶格。XRD分析得到该材料为P3112对称点阵,而非简单的R 3 mNaFeO2构型。并在EXAFS 的结果中发现,M—O 键长分别为Co >93 ? 、Ni ?、 ?,此结果与第一原理计算结果一致。同时他们等在LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 材料的计算中得到,第一种模型的晶格形成能为- 0117eV ,而第二种模型的晶格形成能为+ 0106eV。因此,在合适的合成条件下,完全可以形成第一种晶型,这种晶型在充放电过程中可以使晶格体积变化达到最小,能量有所降低,有利于晶格保持稳定。对LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料的内部原子排列,虽然Ohzuku 等通过计算,并运用一些检测手段进行验证,但并不能充分说明材料内部具有如图1-2 (a) 中完全有规则的原子排列。
Whitfield 等用中子和不规则粉末衍射研究LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的超结构和正离子位错,通过共振衍射技术加强元素之间的相互作用,利用中子衍射测试得到3种过渡元素之间的距离。中子衍射和XRD 数据结果表明,LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2材料中并不存在Ohzuku等所报道的3
×3 R30°超晶格,而且Ni 、Co 、Mn3种元素在R3m点阵中3a位置的分布并不是随机的。Rietveld结构精修分析结果发现2 %的Ni从3a位迁移到3b位取代Li原子,而Co 、Mn只占据晶格中过渡金属的