三元材料逐渐成为锂离子电池未来主流趋势

2017-08-02 06:46

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参考中国报告网发布《2017-2022年中国锂离子电池市场竞争态势及发展态势预测报告》

正极材料决定了锂离子电池的主要性质，如能量密度、循环稳定性、安全性等。正极材料目前主要包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等。目前来看，锂电池正极遵循着从二元材料向三元材料的发展趋势。

松下 NRC18650B 的正极材料是镍钴铝三元材料，俗称 NCA。通过引入 Ni 含量可提高材料的容量，而松下 NRC18650B 正是提高了 Ni 含量（摩尔分数 80%）从而使电池从原来的 2.9Ah 提高到了 3.3Ah 左右，能量密度大大提升。

同时受益于三元协同效应，NCA 正极材料综合了 LiNiO2和 LiCoO2诸多优点，性能比使用单一材料优越。而且，该材料用钴量较少，成本较低。

资料来源：中国报告网整理

从目前市场角度上看，磷酸铁锂和三元材料为国内最主流的两种正极材料，由于新能源客车对磷酸铁锂电池的需求量较大，磷酸铁锂的市场占有率更高一些，但三元材料以较为迅猛的势头逐渐发展，成为未来的趋势。

资料来源：中国报告网整理

  无论是磷酸铁锂正极材料还是三元正极材料，都离不开碳酸锂。以特斯拉 Model S为例测算一辆新能源汽车的碳酸锂当量需求：松下 NCR18650 电池单体重量 44g  ，松下官网说明 18650 电池中正极材料重量占比 20～35%，假设其正极材料在 30%左右，则重量为 15 克左右。

  NCA 化学式 Li（Ni0.8Co0.15Al0.05）xO2，经过测算 x=0.845，分子量为 87.5；碳酸锂分子式 Li2CO3，分子量为 74。按锂元素一比一，两者重量比是 74 : (87.5×2) =0.423 : 1。可知其中 1 克锂钴镍铝三元正极材料需要 0.423 克碳酸锂。

  则生产一节 18650 NCA 三元电池正极材料需要 15×0.423 = 6.345g 碳酸锂。一辆 Model S 使用了 7104 节 18650 电池，折合碳酸锂当量=7104×6.345g=45.1kg，再加上电解液六氟磷酸锂对碳酸锂的需求和工业耗损，预计一辆 Model S 对碳酸锂当量需求在 60kg 左右，折合耗用量为 0.73 kg/kWh。

  按照同样的思路进行计算，我们估计松下三元电池的镍元素耗用量约为0.53kg/kWh。

  此外，钴元素也是 NCA 和 NCM 三元材料必不可少的上游原料，随着三元材料对碳酸铁锂的替代趋势越来越明朗，钴需求也随之水涨船高。NCA 三元材料中钴元素需求量约为 0.14 kg/kWh。