電池級氫氧化鋰是高鎳三元鋰電池材料的必然選擇

來源：存能電氣  日期：2020-07-02 16:24  瀏覽量：次

電池級氫氧化鋰是高鎳三元鋰電池材料的必然選擇。高鎳三元將成為動力電池的主要趨勢，理論研究表明，使用氫氧化鋰作為三元正極材料首次放電容量高172mAh/g，且有更好的振實(shí)密度，有更大倍率的充放電性能。所以未來氫氧化鋰將成為高鎳三元的主要選擇，目前特斯拉使用的松下18650電池采用的就是氫氧化鋰為正極材料。

電池級氫氧化鋰是高鎳三元鋰電池材料的必然選擇

隨著國內(nèi)相關(guān)企業(yè)對811材料產(chǎn)業(yè)布局的加速，也將促使鋰鹽供應(yīng)商擴(kuò)充氫氧化鋰產(chǎn)能。三元鋰電池材料前驅(qū)體的煅燒一般采用碳酸鋰或氫氧化鋰作為原料。但對于高鎳三元材料來說，要求燒結(jié)時(shí)溫度不能高于800℃，采用碳酸鋰作原料，過低的燒結(jié)溫度會造成分解不完全，導(dǎo)致堿性過強(qiáng)，對濕度的敏感性增強(qiáng)，影響電池性能。因此高鎳三元材料必須使用氫氧化鋰作原料：氫氧化鋰的熔點(diǎn)比碳酸鋰更低，且首次放電容量高達(dá)172mAh/g，此外還有更好的振實(shí)密度，有更大倍率的充放電性能。

三元正極NCM811、NCM622及NCA均需采用氫氧化鋰為原料，水熱法制備磷酸鐵鋰產(chǎn)品，也需要使用氫氧化鋰。目前鋰電已經(jīng)成為氫氧化鋰的下游主要需求，占比高達(dá)70%以上，未來隨著動力鋰電池需求的提升，氫氧化鋰需求有望大幅增長。

電池級氫氧化鋰是高鎳三元鋰電池材料的必然選擇的原因

1、高鎳三元材料要求燒結(jié)溫度不宜過高，否則影響倍率性能

制備高鎳三元材料要求燒結(jié)溫度適中，燒結(jié)溫度升高材料結(jié)晶度將提升，晶粒變大、比表面積變小，不利于充放電過程中鋰離子的脫嵌。同時(shí)，燒結(jié)溫度過高也將導(dǎo)致鋰鎳混排現(xiàn)象，難以煅燒出所要求計(jì)量比的高鎳層狀材料，進(jìn)而造成鋰離子的擴(kuò)散能力下降、比容量下降。此外若溫度過高，Ni3+還會重新轉(zhuǎn)變?yōu)镹i2+，而Ni2+的增加也將損害循環(huán)性能。

2、氫氧化鋰相比碳酸鋰的熔點(diǎn)顯著更低，可降低材料燒結(jié)溫度、優(yōu)化電化學(xué)性能

碳酸鋰的熔點(diǎn)為720℃，而單水氫氧化鋰的熔點(diǎn)僅為471℃，在燒結(jié)過程中熔融的氫氧化鋰可與三元前驅(qū)體更均勻、充分的混合，從而減少表面鋰殘留提升材料的放電比容量。采用氫氧化鋰和較低的燒結(jié)溫度還可減少陽離子混排，提升循環(huán)穩(wěn)定性。相比之下，碳酸鋰的燒結(jié)溫度往往需達(dá)到900℃以上才能得到性能穩(wěn)定的材料，難以作為高鎳三元材料的鋰源。

高鎳811電池拉動氫氧化鋰需求

隨著高鎳電池需求的提升，氫氧化鋰需求有望大幅增長。業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，2019年開始以電池級氫氧化鋰為原料的高鎳三元電池會逐漸成為市場需求主流。通常來講，每1GWH高鎳三元電池約需要787.5噸氫氧化鋰。2018年全球電池級氫氧化鋰需求量或迎來爆發(fā)式增長，預(yù)計(jì)2018-2020年全球電池領(lǐng)域?qū)溲趸囆枨蟮膹?fù)合增長率達(dá)78%。

三元正極材料“高鎳化”成為提升電池能量密度的主要途徑，與此同時(shí)鋰鹽的需求主體將向氫氧化鋰切換。伴隨著2020-2021年全球動力電池新增產(chǎn)能投產(chǎn)，氫氧化鋰需求量將會出現(xiàn)顯著增長。2019-2025年全球動力電池的裝機(jī)量將由120.3GWh大幅增長到795.36GWh，年均復(fù)合增長率達(dá)37%。由此帶來的2025年全球動力鋰電氫氧化鋰需求預(yù)計(jì)達(dá)到45萬噸。

隨著鋰電、電池材料行業(yè)的迅速增長，電池材料對氫氧化鋰的需求不斷增長。2016年中國氫氧化鋰在電池領(lǐng)域的消費(fèi)占比達(dá)74%。在高鎳三元材料電池需求上升趨勢下，氫氧化鋰需求更趨旺盛，預(yù)計(jì)2020年達(dá)到114563噸，但世界產(chǎn)量估計(jì)值卻低于需求量，預(yù)計(jì)缺口在2020年達(dá)到4563噸。

2020年氫氧化鋰有效產(chǎn)能總量約16萬噸，短期來看，2020年產(chǎn)能擴(kuò)張主要聚焦于國內(nèi)供應(yīng)商。但長遠(yuǎn)來說，全球成熟優(yōu)質(zhì)氫氧化鋰供應(yīng)商的目前排產(chǎn)及項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)度并不能滿足下游的氫氧化鋰需求增量。預(yù)計(jì)2021年起全球成熟優(yōu)質(zhì)氫氧化鋰一線產(chǎn)能將現(xiàn)供給缺口，或催化氫氧化鋰價(jià)格率先迎來上漲。