鉅大LARGE | 點擊量：1013次 | 2021年09月21日
淺析鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰發(fā)展現狀
電動汽車行業(yè)發(fā)展可謂風起云涌，而車用動力鋰離子電池作為其中的重要組成部分，已經引起學術界、投資界和產業(yè)界的高度關注。目前，已經在各種車輛上實現應用的電池種類重要有鉛酸電池、鎳氫電池與鋰離子電池3種，由于鉛酸電池污染大、克容量小，其成本優(yōu)勢不足以抵消其劣勢，故在車輛動力方面至今僅在小型電動自行車等領域得以應用；鎳氫電池現為混合動力汽車領域應用的重要產品，其制造工藝成熟，購置和使用成本較低，故而在短時間內仍將是混合動力汽車的首選，但其自放電率高、比能量較小，記憶效應和充電發(fā)熱等方面的問題直接影響到該電池的使用，這些缺點的存在使鎳氫電池可能只是作為過渡產品存在；鋰離子電池是90年代發(fā)展起來的高容量可充電電池，能夠比鎳氫電池存儲更多的能量，比能量大、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應，能夠滿足對體積、壽命、功率等要求較高的乘用車方面的需求，已成為今后純電動汽車應用的理想產品。鋰離子電池的正極材料種類較多，重要品種有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳錳鈷三元材料及磷酸鐵鋰等，其中鈷酸鋰是現有正極材料中工業(yè)化程度最高、技術最成熟、產量最大的品種，重要用于手機、數碼產品等小型電池領域，但由于原材料鈷和鎳金屬的價格高昂，污染較重，且電池在大型化后，會有過熱著火或爆炸的危險。故相對而言，正極材料為錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰的鋰離子電池安全性能更好，成本更為低廉，所以目前產業(yè)的投入重要集中于這幾種材料之上。其中，磷酸鐵鋰由于具有另外兩種材料所不具備的循環(huán)壽命和材料成本方面的潛在優(yōu)勢，而被業(yè)界普遍看好，代表著動力鋰離子電池正極材料的未來發(fā)展方向。
國際上重要的磷酸鐵鋰離子電池材料生產廠商有加拿大Phostech、美國Valence、美國A123、地區(qū)的臺塑長園能源科技、立凱（Aleees）等，其中，前3家公司掌握著較為成熟的量產技術。2008年全球磷酸鐵鋰出貨量為1500噸左右，其中美國A123公司供應750噸，幾乎占了一半的份額，國內廠商供應量只有幾百噸，2009年全球磷酸鐵鋰出貨量約為1600噸，2010年全球磷酸鐵鋰出貨量為1370噸左右。
另統(tǒng)計，目前國內磷酸鐵鋰正極材料廠商超過60家，實現批量生產的公司接近20家，呈現“諸侯混戰(zhàn)”的局面。從公開資料統(tǒng)計來看，全國磷酸鐵鋰總產量約6400噸/年，但實際產量遠低于產量（不足產量的1/10）。
總體來說，我國磷酸鐵鋰的產業(yè)化發(fā)展與國際基本同步，目前國內部分產品的成本比國外同類產品要低，在性能、單位產量方面的差距并非遙不可及，但也該冷靜的看到，國內目前尚未誕生真正的領軍公司，行業(yè)缺乏原始創(chuàng)新技術，低端跟風模仿風氣較盛，整體來看，磷酸鐵鋰材料行業(yè)處于產業(yè)化臨界點之下。未來隨著磷酸鐵鋰生產技術的不斷完善，其市場前景依然為產業(yè)界所看好，除電動汽車、自行車、代步車和電動工具市場外，磷酸鐵鋰離子電池在風電、太陽能發(fā)電儲能裝置，礦燈電源和植入性醫(yī)療器械領域也有著廣泛的應用前景。通過靜態(tài)測算可以得出結論，磷酸鐵鋰離子電池在未來5～7年內，若根據10%～20%的產品滲透率計算，國內僅僅在電動汽車、電動工具、電動自行車和電動代步車這4個領域就擁有大約150億元的市場規(guī)模，其中磷酸鐵鋰材料本身占到電池成本的30%左右，對應約45億元的市場規(guī)模，年需求量可望達到3萬噸。
存在問題：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
1.專利專利侵權問題。一場專利“纏訟”牽動著業(yè)內人士的敏感神經——橄欖石結構磷酸鐵鋰（LiFePO4）誕生于美國得州大學，得州大學于1997年對磷酸鐵鋰的晶體結構與化學分子式申請了專利，后將專利授予加拿大自來水公司Hydro-Quebec（H-Q）及其下屬公司Phostech使用。2005年全球最大電動工具廠商Black&Decker(B&D)推出一款使用磷酸鐵鋰離子電池的無電線電動工具，在歐美熱賣。2006年九月，得州大學及加拿大Phostech對B&D及電池制造商A123公司提起，控告其未獲授權制造與銷售侵權商品。A123認為自己的正極材料有不同的晶體結構和化學分子式，不存在專利侵權問題，目前仍在審理，但性質已從大學和公司的專利糾紛轉變?yōu)榭鐕鴮＠?。由于通用汽車的Volt電動汽車將采用A123供應的磷酸鐵鋰離子電池，若A123被判侵權，則意味著通用也構成侵權，因此從更大的范圍來講，判決結果將影響美國乃至全球電動汽車市場的發(fā)展格局。此后，又發(fā)生了多起相關專利事件，結果無一例外的是加拿大Phostech方面獲得最終勝利。
目前，在磷酸鐵鋰離子電池和材料領域，有兩大核心技術專利，其中一個是包敷碳技術，另一個是碳熱還原技術，前者由加拿大Phostech公司擁有獨家使用權，并且已經在我國申請專利，后者的專利權由美國A123公司所有，目前尚未在我國申請專利，但是美國A123公司現已在蘇州成立了2家公司，分別負責磷酸鐵鋰材料的生產和電池制造，隨著A123等公司搶占市場步伐的加快，專利問題已經很現實地擺在了國內廠家面前。
事實上，專利權之爭短時間內對我國國內銷售并無影響，但從長期來看，其將成為行業(yè)發(fā)展的巨大隱患。目前國內大部分生產廠商只掌握磷酸鐵鋰技術和加工工藝，沒有國際專利，無論得州大學與A123專利的哪一方獲勝，國內磷酸鐵鋰公司今后或許都將會面對高昂的專利許可費用。2010年六月十二日，我國政法大學知識產權研究中心受我國電池工業(yè)協(xié)會委托，已向國家專利復審委員會對Phostech公司持有的“磷酸鐵鋰離子電池”專利提出了無效請求，現已受理。雖然磷酸鐵鋰專利事件還會繼續(xù)相當長的一段時間才能見分曉，但最重要的是，行業(yè)應從中吸取教訓，把研發(fā)作為核心，加大投入，同時加快國內專利申請，并將關鍵技術向國外申請專利。
2.一致性難題須破解。國產磷酸鐵鋰正極材料存在不同程度的質量問題，其重要表現在質量一致性難以保證等方面。此前，國內部分大型鋰離子電池制造商從磷酸鐵鋰材料平均粒徑、電極加工性、電極壓實密度、實際比容量、循環(huán)壽命、倍率放電、溫度特性、安全性等方面對國內幾個磷酸鐵鋰材料供應商和Valence等國外供應商所供應的材料進行了非常系統(tǒng)的試驗評價，試驗數據客觀地表明：國內磷酸鐵鋰產品與Valence等國外供應商產品相比仍有不少差距，且同一供應商供應的產品質量批次一致性差異較大、重復性很差。究其原因，首當其沖的是技術未吃透，磷酸鐵鋰對合成工藝條件的敏感性遠遠大于目前產業(yè)化的其他正極材料，即合成的工藝條件要做到嚴格一致才能確保批次的穩(wěn)定性。國內公司在未吃透技術的條件下盲目生產，其產品自然存在“先天不足”現象；其次，科研成果轉化存在銜接問題，從科研成果向中試過渡和從中試向批生產過渡過程期間，缺乏工藝技術系統(tǒng)工程設計的理念；此外，國內的材料廠商的生產過程管理精細度較低，缺乏包括工序、作業(yè)、采購、檢驗等環(huán)節(jié)在內的規(guī)范化、標準化技術和管理體系，也是造成產品一致性低的重要原因。
3.投資刺激洗牌競爭。從現有情況來看，我國車用動力鋰離子電池基本都處于研發(fā)、試驗階段，尚未實現大批量生產，短時間內動力鋰離子電池公司不太可能實現盈利，故而上游材料公司多按需生產，其規(guī)模也遠未達到規(guī)?；a的程度。然而，行業(yè)概念的炒作已經引燃了投資的熱情，我國車用鋰離子電池現實的有效產量不足成為了最佳“突破口”，此外，在地方經濟利益的驅使下，政府大開綠燈，民間投資也似乎都是各取所需，大有“圈地”之嫌，動輒數億的投資項目遍地開花，行業(yè)已經顯示出產量過剩的端倪。有資料顯示，截至2010年，我國動力鋰離子電池產量20億Ah，重要分布在珠三角、長三角、東三省和京津唐等汽車產業(yè)聚集區(qū)，在2015年前，動力鋰離子電池及其上游材料產業(yè)投資仍將大步向前。預計在一系列投資刺激下，2015年我國動力鋰離子電池產量將達到39億Ah，而我國當年EV/PHEV乘用車和電動商用車產量預計為12萬輛左右，需消耗鋰離子電池約9億Ah，這僅占動力鋰離子電池產量的23％。多方投資的磷酸鐵鋰產業(yè)如其他新興產業(yè)相同，在發(fā)展到一定階段之后，洗牌在所難免，唯有重視技術積累、理性投資、精細化管理和市場運作的公司方能大浪淘沙始見金。
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