电力设备新能源、环保行业碳中和深度报告（十）：动力电池全球电动化的浪潮与变革-210726（76页）.pdf

1、钛白粉及化工企业陆续加大磷酸铁锂新产能布局，磷酸铁前驱体的新进入者有望通过化工一体化塑造成本壁垒。钛白粉化工企业配套制造磷酸铁锂，可以消纳钛白粉生产过程中产生的废酸、硫酸亚铁等副产品，此外硫酸亚铁可以为磷酸铁锂带来铁源，大大节省综合成本。因此部分化工企业如中核钛白、龙蟒佰利、安纳达等利用自身循环和一体化的优势，近期也纷纷跨界入局磷酸铁锂的投建。不同的磷酸铁企业技术路线和成本控制存在差异，从成本端而言，磷化工企业优于钛白粉企业优于纯磷酸铁锂加工企业。目前高镍三元正极材料仍然面临着表面残锂、产气、岩盐相形成、微裂纹、金属离子溶解和热失控等问题，并且随镍含量的增加逐渐恶化，这些问题同时也是降低电池热

2、稳定性和电化学性能，导致电动车热失控和容量衰减的主要元凶。比如正极中的锂化合物(主要是氢氧化物和碳酸盐)残余，是由于合成过程中过量使用LiOH，这会导致聚偏二氟乙烯粘结剂在电极制备过程中发生凝胶化而失效，碳酸盐的分解也会析出 O2和 CO2，导致电池膨胀过热。为了解决这些问题，各大高校及研究所陆续推出了多种改性策略，主要包括表面包覆、掺杂、浓度梯度设计和一次粒子工程。表面包覆：即为正极材料提供一个惰性保护涂层。常用的包覆涂层有 Al2O3、ZnO、TiO2、ZrO2等金属氧化物、金属磷酸盐和金属氟化物、聚合物等，能够隔绝主体材料和电解液的接触，减少正极和电解液之间副反应，抑制过渡金属向电解液溶

3、解，从而改善循环稳定性。离子掺杂 ：用离子半径相近的惰性阳离子替换材料中的电化学活性阳离子，通过提高晶格能，来提升材料的结构稳定性。例如，掺杂钴替换镍，可减少锂离子混排，提高晶体结构的稳定性；掺杂锰或铝可显著提高结构的热力学稳定性。其改善机理为：（1）将电化学不活泼的元素引入主体结构；（2）防止由层状结构向岩盐状结构的转变；（3）掺杂剂扩大了层状材料层间的晶面间距，促进锂离子的输运作用。由蜂巢能源开发的四元正极材料，就是在 NCM 体系的基础上掺杂 Mx，使一次颗粒之间的边界强度增加，在有害相转变过程中减少微隙的形成。使其循环性能优于 NCM811 材料，同时也具备耐热性能更好、产气少、安全性能更高的特点。使得动力电池容量高、寿命长、安全性好。浓度梯度设计：典型的浓度梯度材料是指 Ni 含量由内到外逐渐降低，Mn 含量逐渐增加。依据加料方式的不同，可设计出具有不同比例的浓度梯度材料，这种材料的二次颗粒在径向上呈发射状排列，有利于锂离子的扩散，因此具有十分优异的电化学性能。