2020-2026年磷酸鐵鋰電池行業市場分析及“十四五”發展趨勢預測
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磷酸鐵鋰電池是指用磷酸鐵鋰作為正極材料的鋰離子電池。鋰離子電池的正極材料有很多種，主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料，而其它正極材料由于多種原因，目前在市場上還沒有大量生產。磷酸鐵鋰也是其中一種鋰離子電池。從材料的原理上講，磷酸鐵鋰也是一種嵌入/脫嵌過程，這一原理與鈷酸鋰，錳酸鋰完全相同。
長壽命：鉛酸電池的循環壽命在300次左右，最高也就500次，磷酸鐵鋰電池，而磷酸鐵鋰動力電池，循環壽命達到2000次以上，標準充電（5小時率）使用，可達到2000次。同質量的鉛酸電池也就1~1.5年時間，而磷酸鐵鋰電池在同樣條件下使用，將達到7-8年。綜合考慮，性能價格比將為鉛酸電池的4倍以上。
電池性能：鋰離子動力電池的性能主要取決于正負極材料，磷酸鐵鋰作為鋰電池材料是近幾年才出現的事，國內開發出大容量磷酸鐵鋰電池是2005年7月。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標。1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒，穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易串聯使用。以滿足電動車頻繁充放電的需要。具有無毒、無污染、安全性能好、原材料來源廣泛、價格便宜，壽命長等優點，是新一代鋰離子電池的理想正極材料。
該項目屬于高新技術項目中功能性能源材料的開發，是國家“863”計劃、“973”計劃和“十一五”高技術產業發展規劃重點支持的領域。
鋰離子電池的正極為磷酸鐵鋰材料。這種新材料不是以往的鋰離子電池正極材料LiCoO2；LiMn2O4；LiNiMO2。其安全性能與循環壽命是其它材料所無法相比的，這些也正是動力電池最重要的技術指標。1C充放循環壽命達2000次。單節電池過充電壓30V不燃燒，不爆炸。穿刺不爆炸。磷酸鐵鋰正極材料做出大容量鋰離子電池更易并串聯使用。
工作原理：所有鋰電池的結構和工作原理大致相同，磷酸鐵鋰電池的電池的內部結構如下圖所示。左邊是橄欖石結構的磷酸鐵鋰材料作為電池的正極，由鋁箔與電池正極連接，中間是聚合物的隔膜，它把正極與負極隔開，但鋰離子Li+可以通過而電子e-不能通過，右邊是由碳（石墨）組成的電池負極，由銅箔與電池的負極連接。電池的上下端之間是電池的電解質，電池由金屬外殼密閉封裝。
磷酸鐵鋰電池在充電時，正極中的鋰離子Li+通過聚合物隔膜向負極遷移；在放電過程中，負極中的鋰離子Li+通過隔膜向正極遷移。鋰離子電池就是因鋰離子在充放電時來回遷移而命名的。
磷酸鐵鋰電池的主要用途：磷酸鐵鋰電池的主要應用領域：
（1）儲能設備:基于太陽能、風能等發電系統的儲能設備
（2）高功率電動工具；電錘、電鉆、除草機等；
（3）輕型電動車輛?電動自行車、 休閑車、 高爾夫球車、電動推高機、混合動力汽車；
（4）小型醫療設備：電動輪椅車，電動代步車；
（5）其它小型電器礦燈、玩具；
（6）啟動電源：汽車、摩托車、鐵路內燃機車、電力機車、客車起動電源；
（7）固定型電源：主要用于通訊、移動基站、電信、鐵路運輸、電力、、金融、發電廠、計算機系統作為保護、自動控制的備用電源
（8）軍事領域：軍隊現場電子指揮系統、海（潛艇、水下機器人)、陸(陸軍士兵系統、機器戰士)、天(無人飛機)、空(衛星、飛船)諸兵種。
磷酸鐵鋰電池是用來做鋰離子二次電池的,現在主要方向是動力電池，相對NI-MH,Ni-Cd電池有很大優勢。其產品充放電效率高，超過99%，而鉛酸電池約為80%。鋰離子電池技術已不是一個單純一項產業技術，它攸關信息產業的發展，更是新能源產業發展的基礎技術之一，并成為現代和未來軍事裝備不可缺少的重要“糧食”之一。
錳酸鋰、鎳酸鋰、鈷酸鋰、三元復合材料和磷酸鐵鋰電池比較：
（1）五種電池比較分析：
1、LiCoO2在目前商業化的鋰離子電池中基本上選用層狀結構的LiCoO2作為正極材料。其理論容量為274mAh/g，實際容量為140mAh/g左右，也有報道實際容量已達155mAh/g。該正極材料的主要優點為：工作電壓較高（平均工作電壓為3.7V）、充放電電壓平穩，適合大電流充放電，比能量高、循環性能好，電導率高，生產工藝簡單、容易制備等。主要缺點為：價格昂貴，抗過充電性較差，循環性能有待進一步提高。
2、LiNiO2用于鋰離子電池正極材料的LiNiO2具有與LiCoO2類似的層狀結構。其理論容量為274mAh/g，實際容量已達190mAh/g～210mAh/g。工作電壓范圍為2.5-4.2V。該正極材料的主要優點為：自放電率低，無污染，與多種電解質有著良好的相容性，與LiCoO2相比價格便宜等。但LiNiO2具有致命的缺點：LiNiO2的制備條件非常苛刻，這給LiNiO2的商業化生產帶來相當大的困難；LiNiO2的熱穩定性差，在同等條件下與LiCoO2和LiMn2O4正極材料相比，LiNiO2的熱分解溫度最低（200℃左右），且放熱量最多，這對電池帶來很大的安全隱患；LiNiO2在充放電過程中容易發生結構變化，使電池的循環性能變差。這些缺點使得LiNiO2作為鋰離子電池的正極材料還有一段相當的路要走。
3、LiMn2O4用于鋰離子電池正極材料的LiMn2O4具有尖晶石結構。其理論容量為148?mAh/g，實際容量為90～120?mAh/g。工作電壓范圍為3～4V。該正極材料的主要優點為：錳資源豐富、價格便宜，安全性高，比較容易制備。缺點是理論容量不高；材料在電解質中會緩慢溶解，即與電解質的相容性不太好；在深度充放電的過程中，材料容易發生晶格崎變，造成電池容量迅速衰減，特別是在較高溫度下使用時更是如此。為了克服以上缺點，近年新發展起來了一種層狀結構的三價錳氧化物LiMnO2。該正極材料的理論容量為286?mAh/g，實際容量為已達200?mAh/g左右。工作電壓范圍為3～4.5V。雖然與尖晶石結構的LiMn2O4相比，LiMnO2在理論容量和實際容量兩個方面都有較大幅度的提高，但仍然存在充放電過程中結構不穩定性問題。在充放電過程中晶體結構在層狀結構與尖晶石結構之間反復變化，從而引起電極體積的反復膨脹和收縮，導致電池循環性能變壞。而且LiMnO2也存在較高工作溫度下的溶解問題。解決這些問題的辦法是對LiMnO2進行摻雜和表面修飾。目前已經取得可喜進展。
4、LiFePO4該材料具有橄欖石晶體結構，是近年來研究的熱門鋰離子電池正極材料之一。其理論容量為170?mAh/g，在沒有摻雜改性時其實際容量已高達110?mAh/g。通過對LiFePO4進行表面修飾，其實際容量可高達165?mAh/g，已經非常接近理論容量。工作電壓范圍為3.4V左右。與以上介紹的正極材料相比，LiFePO4具有高穩定性、更安全可*、更環保并且價格低廉。LiFePO4的主要缺點是理論容量不高，室溫電導率低。基于以上原因，LiFePO4在大型鋰離子電池方面有非常好的應用前景。但要在整個鋰離子電池領域顯示出強大的市場競爭力，LiFePO4卻面臨以下不利因素：
（1）來自LiMn2O4、LiMnO2、LiNiMO2正極材料的低成本競爭；
（2）在不同的應用領域人們可能會優先選擇更適合的特定電池材料；
（3）LiFePO4的電池容量不高；
（4）在高技術領域人們更關注的可能不是成本而是性能，如應用于手機與筆記本電腦；
（5）LiFePO4急需提高其在1C速度下深度放電時的導電能力，以此提高其比容量。
（6）在安全性方面，LiCoO2代表著目前工業界的安全標準，而且LiNiO2的安全性也已經有了大幅度的提高，只有LiFePO4表現出更高的安全性能，尤其是在電動汽車等方面的應用，才能保證其在安全方面的充分競爭優勢。
5、鋰-釩氧化物電池以鋰為陽極、釩氧化物為陰極、無機鹽的有機溶劑為電解質組成。它的特點是可以充電。以?2?號電池為例，將鋰-釩氧化物電池與鋰-二氧化錳電池及鋰-亞硫酰氯電池相比較。由于鋰-釩氧化物電池的額定電壓僅為?2.8v，而且額定容量也小，故與其它兩種鋰電池相比，其比能量是最小的。此外，其充電次數（循環壽命）也不長，所以這種可充電電池不久就由鋰離子電池替代了。
鈷酸鋰性能穩定，目前應用于手機等的技術最為成熟，但應用的最大缺點就是成本高，鈷是比較稀缺的戰略性金屬；另外應用于動力電池方面也有一定的難度。
錳酸鋰與磷酸鐵鋰與錳酸鋰相比，磷酸鐵鋰的容量密度更高，前者為?100-115mAH/g，后者為130-140mAH/g；充放電壽命更長，前者為?500?次以上，后者可達?1500?次以上；工作溫度區間更大，前者為?0?至?50℃，后者則為-40?至?70℃。同時，磷酸鐵鋰的成本也要低于錳酸鋰。但其致命弱點則是“導電性”不好，目前解決這一問題的主流技術有用導電碳包覆顆粒、用金屬氧化物包覆顆粒、用納米制程讓顆粒微粒化等。若該問題得到有效解決，磷酸鐵鋰的巨大優勢將促其成為動力電池的首選材料
6、在動力鋰電池領域，由于鈷酸鋰電池的安全問題和高昂的價格，使其一直在動力電池門外徘徊，始終沒有完全進入動力電池領域。現在的情況是鈷酸鋰電池和錳酸鋰電池小批量配合使用，但是由于其固有的缺陷，使得其始終沒有大批量的進行商業化運作，產品只是在小批量試生產階段，目前大規模的商業化運作還有一些難以克服的困難。
磷酸鐵鋰電池與傳統電池性能比較
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總之，磷酸鐵鋰制作電池正極材料與錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰以及三元正極材料相比較是最好的。尤其是安全性能可靠，循環壽命長，價格相對較低，是其他材料無法比擬的。
市場應用：目前，磷酸鐵鋰電池主要在電動汽車中應用，近兩年開始逐步走入通信行業。在三大運營商中，中國移動(微博)對磷酸鐵鋰電池的應用相對較多，中國電信(微博)和中國聯通(微博)則更謹慎一些。
特別是隨著5G新基建的啟動，中國移動等運營商也發布了對磷酸鐵鋰電池的招標。據中金企信國際咨詢公布的《2020-2026年中國磷酸鐵鋰電池市場運營格局及投資潛力研究預測報告》統計數據顯示：如2020年中國移動率先發布招標公告，將采購6.102億Ah磷酸鐵鋰電池(約合1.95GWh)，最高投標限價不含稅金額約為25.08億元。中國鐵塔3月11日也宣布將大規模采購磷酸鐵鋰電池，采購規模約為2GWh。
發展前景：在動力電池領域磷酸基正極材料依其超長的循環壽命，極好的安全性能，較好的高溫性能，極其低廉的價格，而且低溫性能和倍率放電已經可以達到鈷酸鋰的水平等，使其成為最有希望的動力電池材料，其在未來的5年內可能會成鎳鎘電池的主要替代品，在未來的10年內會成為鉛酸電池的有力競爭者，在未來的20年內可能會取代鉛酸電池，成為主要的啟動電源、UPS電源和后備電源，成為二次電池的老大。
特別是在5G基站功率達到4G基站的3.5倍時，原有備用電池容量不能滿足備電要求，而能量密度更高的磷酸鐵鋰電池有望被重用。如果把中國移動現有的普通鉛酸電池全部替換成磷酸鐵鋰電池，市場規模高達8000億元。