高电压正极材料的发展

 

    锂电正极材料的研发一直是锂电研究的最重要的领域之一，锂电正极材料到底如何发展 ，
也是大家非常关心的话题。这里本人想就锂电正极材料的发展趋势，说点个人看法。就目前
来说，锂离子电池的发展有两条基本的路线，一条是大型动力电池，另外一条脉络是

3C

领域的小型电池。而我的基本观点就是目前电动汽车发展严重落后于人们预期，动力电池仍
然还是美丽的画饼，未来数年

3C 领域仍然是锂电的主战场。所以我个人认为，3C 领域这几

年的发展趋势，就基本上决定了锂电电极材料的主流发展方向。那么

3C 领域如何发展呢？

个人认为，在保证安全性和适当的循环性前提下，提高锂电的能量（主要是体积能量密
度）

,仍然是未来数年小型锂电的基本发展方向。提高能量密度，无非有两个主要途径，提

高电极材料容量或者提高电池工作电压。如果能够将高电压和高容量两者结合起来那将是再
好不过了，事实上这正是目前

3C 锂电池正极材料发展的主流。（注意：本文中的正极材料

电压如无特殊说明都是半电池电压，石墨为负极的全电池充电电压要减去

0.15V）

1.    高电压高压实钴酸锂
        这些年一直有人预言 LCO 将被其他材料取代，但事实是 LCO 的产量仍然逐年稳步增
加，在未来一二十年都不可能出局。最近高电压（

4.5V）高压实（4.1）LCO（高端 LCO）

的 产 业 化 ， 更 是 将

LCO 发 展 到 极 致 ， 堪 称 锂 电 材 料 发 展 的 一 个 经 典 范 例 。 从 常 规

LCO4.2V145 的容量，发展到第一阶段 4.35V 超过 155 的容量，再到第二阶段 4.5V 超过 185
的容量（甚至到

4.6V 容量可以接近 215），LCO 基本上是发展到了它的极限了。看似充电

电压

0.15V 的小幅提高，背后需要的技术积累和进步，却很少有国内厂家具备。第一阶段

4.35V 的改性相对比较容易，三四年前国外公司已经产业化，原理主要是掺杂改性。第二阶
段

4.5V 技术难度更高，需要体相掺杂+表面包覆，目前国际上已经有数家公司可以提供小

批量产品了。改性元素，主要是

Mg,Al,Ti,Zr 等几种，基本上已经公开了，至于不同元素的

作用机理如何，大部分人就不甚清楚了。高端

LCO 技术的关键在于掺杂什么元素，如何掺

杂，以及掺杂的量为多少。同样，表面包覆的难点首先在于选择什么样的包覆物，再就是采
用什么样的包覆方法以及包覆量的多少的问题。比如

LCO 表面包覆氧化物是 4.5V 高电压必

须的改性手段，包覆可以包在前驱体上，也可以包在烧结以后的产物上。即可以选择湿法包
覆，又可以选择干法包覆。湿法包覆可以是氢氧化物，也可以是醇盐。至于包覆设备，选择
面也是很广阔。这就需要根据自己的技术积累和经济状况来选择适当的拘束路线。所谓条条
大路通罗马，适合自家的路线就是最好的技术。
    我个人认为，全电池 4.4V 应该是 LCO 的发展上限，充电电压再高的话循环性和安全性
都不能保证了，尤其是在

55 度测试条件下。事实上，高端 LCO 全电池 4.4V 接近 190 的容

量，体积能量密度在近几年是没有其他材料可以匹敌的。我这里要指出的是，高端

LCO 在

国际上火爆，并不代表它在中国一定能就吃得开。这里主要有三个因素制约高端

LCO 在国

内的发展，第一个知识产权的问题，高电压高压实

LCO 设专利由 FMC 申请，国内既没有

任何公司购买专利授权也没有任何相关专利发表，可以说基本上断绝了出口的可能。第二是
高端

LCO 定位就是 smart phone 和 tablet 这样的高附加值产品，这些智能玩意基本是被欧美

和日韩垄断的，厂家如果购买国产没有知识产权的

LCO，在国际上将会面临很大的专利纠

纷的风险，从

Apple 对几个电池厂家指定正极材料的做法，就可以看出端倪了。而国内的智

能手机和平板电脑产业近几年才刚刚起步，还用不起价格较高的高端

LCO。第三个因素就

是国产高压电解液还不过关，而高端

LCO 对高压电解液是有讲究的，否则安全性将不大容

易通过。基本上可以这样说，虽然高端

LCO 已经在 Apple 上成功应用，但在国内现在面临

的是一个比较尴尬的现状，高端

LCO 在国内能否发展起来，就看国产智能手机和平板电脑

产业能否做起来了。当然，如果

FMC 追着打官司的话那将是另外一个故事了。