電力設備新能源、環保行業碳中和深度報告（十）：動力電池全球電動化的浪潮與變革-210726（76頁）.pdf

1、鈦白粉及化工企業陸續加大磷酸鐵鋰新產能布局，磷酸鐵前驅體的新進入者有望通過化工一體化塑造成本壁壘。鈦白粉化工企業配套制造磷酸鐵鋰，可以消納鈦白粉生產過程中產生的廢酸、硫酸亞鐵等副產品，此外硫酸亞鐵可以為磷酸鐵鋰帶來鐵源，大大節省綜合成本。因此部分化工企業如中核鈦白、龍蟒佰利、安納達等利用自身循環和一體化的優勢，近期也紛紛跨界入局磷酸鐵鋰的投建。不同的磷酸鐵企業技術路線和成本控制存在差異，從成本端而言，磷化工企業優于鈦白粉企業優于純磷酸鐵鋰加工企業。目前高鎳三元正極材料仍然面臨著表面殘鋰、產氣、巖鹽相形成、微裂紋、金屬離子溶解和熱失控等問題，并且隨鎳含量的增加逐漸惡化，這些問題同時也是降低電池熱

2、穩定性和電化學性能，導致電動車熱失控和容量衰減的主要元兇。比如正極中的鋰化合物(主要是氫氧化物和碳酸鹽)殘余，是由于合成過程中過量使用LiOH，這會導致聚偏二氟乙烯粘結劑在電極制備過程中發生凝膠化而失效，碳酸鹽的分解也會析出 O2和 CO2，導致電池膨脹過熱。為了解決這些問題，各大高校及研究所陸續推出了多種改性策略，主要包括表面包覆、摻雜、濃度梯度設計和一次粒子工程。表面包覆：即為正極材料提供一個惰性保護涂層。常用的包覆涂層有 Al2O3、ZnO、TiO2、ZrO2等金屬氧化物、金屬磷酸鹽和金屬氟化物、聚合物等，能夠隔絕主體材料和電解液的接觸，減少正極和電解液之間副反應，抑制過渡金屬向電解液溶

3、解，從而改善循環穩定性。離子摻雜 ：用離子半徑相近的惰性陽離子替換材料中的電化學活性陽離子，通過提高晶格能，來提升材料的結構穩定性。例如，摻雜鈷替換鎳，可減少鋰離子混排，提高晶體結構的穩定性；摻雜錳或鋁可顯著提高結構的熱力學穩定性。其改善機理為：（1）將電化學不活潑的元素引入主體結構；（2）防止由層狀結構向巖鹽狀結構的轉變；（3）摻雜劑擴大了層狀材料層間的晶面間距，促進鋰離子的輸運作用。由蜂巢能源開發的四元正極材料，就是在 NCM 體系的基礎上摻雜 Mx，使一次顆粒之間的邊界強度增加，在有害相轉變過程中減少微隙的形成。使其循環性能優于 NCM811 材料，同時也具備耐熱性能更好、產氣少、安全性能更高的特點。使得動力電池容量高、壽命長、安全性好。濃度梯度設計：典型的濃度梯度材料是指 Ni 含量由內到外逐漸降低，Mn 含量逐漸增加。依據加料方式的不同，可設計出具有不同比例的濃度梯度材料，這種材料的二次顆粒在徑向上呈發射狀排列，有利于鋰離子的擴散，因此具有十分優異的電化學性能。