パワーバッテリーカソード材料紛争

新エネルギー車は自動車開発の方向性です。パワーバッテリーは新エネルギー車の心臓部です。それらの技術レベルと産業の発展は、電気自動車の大規模なアプリケーションにとって非常に重要です。パワーバッテリー産業の集中が進み、技術ルートが徐々に成熟するにつれ、将来のパワーバッテリーは、より安全で長寿命、より速い充電速度に向けて発展していきます。

現在、パワーバッテリーのカソード材料には、主にリン酸鉄リチウム、三元材料であるコバルト酸リチウム、マンガン酸リチウムを中心に、多くの技術的ルートがあります。それでは、技術の進歩が続く中、パワーバッテリーにはどのようなカソード材料技術ルートがありますか？この分野はより競争力がありますか？

1、リン酸鉄リチウム

安全性が高く、サイクル寿命が長く、原材料資源が豊富で、環境汚染がないため、BYDが率いる多くのパワーバッテリーメーカーからリン酸鉄リチウムが求められています。中国のリン酸鉄リチウム技術ルートの成功は、外国の主流のパワーバッテリーメーカーにとって予想外のことです。

リン酸鉄リチウムには多くの利点がありますが、欠点も明らかです。低温でのサイクル性能が非常に悪いことに加えて、主な欠点は、導電率とタップ密度が低く、エネルギー密度がわずか120〜150wh / kgであるということです。 2016年末に、州はエネルギー密度に応じたパワーバッテリーへの補助金を導入しました。これは、リン酸鉄リチウムパワーバッテリーの開発を妨げる可能性があります。しかし、電気バスでのリン酸鉄リチウムの使用はかけがえのないものであり、市場空間は将来的にもまだ広いです。

現在、リン酸鉄リチウムを使用している電池メーカーには、BYD、北京大学ファースト、深セン水道法、合肥国泉などがあります。将来的には、リン酸鉄リチウムはエネルギー密度を高める方向に発展していきます。グラフェンやカーボンナノチューブなどの添加剤を使用して、レート容量を増やすか、リチウムマンガン鉄ホスフェートで電圧を上げて、エネルギー密度を15〜20％増やすことが考えられます。

2.コバルト酸リチウムとニッケル酸リチウム

コバルト酸リチウムは、商用アプリケーション向けの最初のリチウム電池カソード材料です。商用リチウムイオン電池の第一世代は、ソニーが1990年に市場に投入したコバルト酸リチウムリチウムイオン電池であり、その後、消費者製品の用途に広く使用されています。

ただし、コバルト酸リチウムの最大の欠点は、質量比容量が低く、理論上の限界が274mAh / gであることです。構造安定性を考慮すると、実際のアプリケーションでは137mAh / gしか達成できません。同時に、地球上のコバルトの埋蔵量が比較的少ないため、コバルト酸リチウムのコストが高く、パワーバッテリーの分野で大規模に普及することは困難です。

コバルト酸リチウムと同様に、理想的なニッケル酸リチウムはα-NaFeO2タイプの六角形の層構造です。ニッケル酸リチウムカソード材料の理論容量は275mAh / gであり、180〜200mAh / gに達する可能性があり、平均リチウム挿入電位は約3.8Vです。コバルト酸リチウムと比較して、ニッケルはコバルトよりも埋蔵量が多く、比較的安価です。ただし、ニッケル酸リチウムは合成が難しく、サイクル性能が劣ります。純相リチウムニッケル酸塩は実用的ではありません。

3.マンガン酸リチウム

マンガン酸リチウムは、現在使用されているコバルト酸リチウムおよび三元材料に非常に近いものです。そのバッテリー製造プロセスは非常に成熟しています。パワーバッテリーの生産ラインは、基本的に既存の生産ラインと互換性があります。特に、日本と韓国は、18650タイプのバッテリーを使用してパワーバッテリーモジュールを形成する予定です。技術的なアイデアにより、マンガン酸リチウムパワーバッテリーの製造が容易になります。

マンガン酸リチウムの最大の欠点は、温度サイクル性能が低いことですが、リン酸鉄リチウムと比較して独自の利点もあります。

（1）マンガン酸リチウムの体積比エネルギーはリン酸鉄リチウムよりも優れています

マンガン酸リチウムの容量はリン酸鉄リチウムよりも約25％低いが、電圧はリン酸鉄リチウムよりも15％高く、マンガン酸リチウムの圧縮密度は約40％高い。したがって、マンガン酸リチウムの体積比エネルギーは、リン酸鉄リチウムの体積比エネルギーよりも25〜30％高くなります。

（2）マンガン酸リチウムのコンシステンシーはリン酸鉄リチウムのコンシステンシーよりも優れています

マンガン酸リチウム製品は炭素を含まないため、製品の性能パラメータは安定しており、一貫性はパワーバッテリーの製造に非常に有利です。

現在、日本のソニー、中国CITIC国安、蘇州星衡などの企業がマンガン酸リチウム電池の開発と製造を行っており、将来的には低速電気自動車や航続距離の短い電気自動車の市場は好調です。

4.三元材料

三元材料は主にニッケルコバルトアルミン酸リチウム（NCA）とニッケルコバルトマンガン酸塩（NCM）です。その中で、NCAは市販のカソード材料の中で最も高い比容量を持つ材料です。

ニッケルコバルトコバルトアルミネート（NCA）

CoとNiは同様の電子配置、同様の化学的性質、およびイオンサイズのわずかな違いがあるため、ニッケルニッケル酸リチウムとコバルト酸リチウムを同等に置換して連続固溶体を形成し、層状α-NaFeO2構造を維持してAを得ることができます。コバルトの添加に加えて、より安定した高ニッケル固溶体材料は、材料の安定性と安全性をさらに改善することができ、したがって、リチウムコバルトアルミニウムアルミン酸塩三元材料を形成する。

NCAは高い比容量を持っていますが、その欠点も明らかです。将来の開発動向は、高ニッケル低コバルトNCAを開発して、コストを削減し、容量を増やすことです。体積比を上げるために高圧の実際のNCAを開発する。さらに、コーティングプロセスは、湿度に対するNCAの感度を下げるために使用されます。

現在、米国のテスラはNCAカソード材料のパワーバッテリーを使用しており、この技術は主導的な位置にあります。 NCAとシリコンカーボンアノードの組み合わせを備えた日本の18650バッテリーは、最大3500mAhの容量と、2000倍以上のサイクル寿命を備えています。さまざまな兆候は、NCAが陽性であることです。材料は、パワーバッテリーアプリケーションで非常に競争力があります。

リチウムニッケルコバルトマンガン酸化物（NCM）

ニッケル-コバルト-マンガン水素化物（NCM）の三元材料には、高い比容量、長いサイクル寿命、優れた安全性、低価格という利点がありますが、プラットフォームが比較的低く、初期充電および放電効率が低いという欠点もあります。

現在、ニッケル-コバルト-マンガン水素化物（NCM）は、主に韓国LG、浙江Weihong Power、珠海Yinlongで使用されています。将来的には、NCMの開発動向は主に低コバルトの層状三元材料を製造することです。主な理由は、コバルトが希少な資源であるということです。量を減らすとコストを減らすことができます。もう1つの方向は、高ニッケルの層状三元材料を開発することです。高ニッケル系は合成が難しく、リチウムニッケルが混ざりやすいものの、ニッケル含有量が増えるとグラム容量が大幅に増加する可能性があり、高ニッケル系は電池の理想的な素材のひとつであるパワーです。さらに、NCMは材料の吸水問題にも注意を払う必要があります。

この段階で、一部の国内メーカーは、カーボンアノードに存在する可能性のあるリチウムデンドライトの形成によって引き起こされる安全性とサイクル性能の低下の問題を回避するために、3成分NCM /チタン酸リチウムアノードの組み合わせの技術ルートを採用しています。このモジュールで製造されるパワーバッテリーは、安全性が高く、充放電率が高く、サイクル寿命が長い（最大5000〜10000倍）という特徴があり、パワーバッテリーの分野で大きな注目を集めています。

まとめる

政策動向、将来のパワーバッテリー業界市場は広く、3年間の新エネルギー車パワーバッテリー市場の平均年間成長率は約50％に達する可能性がありますが、バッテリー業界全体は激しい競争があり、業界統合が続いており、電力バッテリー市場の需要はさらに支配的な企業に集中します。

技術的なルートに関して、市販のリチウムイオン電池の現在のカソード材料は、主にマンガン酸リチウム（LMO）、リン酸鉄リチウム（LFP）、および三元材料（NMC）です。各材料には独自の長所と短所があり、独自の応用分野と市場のニーズがあります。その中で、電動工具、HEV、電動自転車がLMOの主な応用分野です。新エネルギーの公共交通機関のバスとタクシーは、依然としてLFPによって支配されます。将来的には、パワーバッテリーの分野で最も可能性の高い状況は、リン酸鉄リチウムと三元材料が密接に関連することです。

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