锰酸锂正极材料市场发展概况总结(性能+生产技术+工艺流程+政策规划+市场监管)
来源: | 购买报告:136-997-996-97微信 | 发布时间: 2023-11-28 | 1255 3612次浏览 | 分享到:

车研咨询(www.cheyanzixun.com)对全国650多家锂电池正极材料企业(母公司与分/子公司单独计算)进行了详细的分析。覆盖三元正极(镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂)、钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂。


PDF目录下载链接如下:

(1)《“十四五”中国锂电池正极材料市场发展趋势与投资前景预测报告(2024版)》


(2)《“十四五”钴酸锂正极材料市场发展趋势与投资前景预测报告(2024版)》


(3)《“十四五”锰酸锂正极材料市场发展趋势与投资前景预测报告(2024版)》


(4)《“十四五”磷酸铁锂正极材料市场发展趋势与投资前景预测报告(2024版)》


(5)《“十四五”三元正极材料市场发展趋势与投资前景预测报告(2024版)》


(6)《650家正极材料企业分析报告(2024版)》


(7)各省、地级市锂电池正极材料生产企业产能投资布局分析报告(2024版)》(含650多家企业名单)

 

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一、锰基正极材料概况

随着近年来材料改性技术的进步,且鉴于锰源较为丰富、成本相对低廉、锰基材料电压较高等特点,锰基正极材料受到了诸如特斯拉、比亚迪、宁德时代、国轩高科等主流电池厂商的重视,已经成为了业内动力电池研发的一个突破点其产业化进程开始加速。

除传统的锰酸锂正极材料外,新型锰基正极材料如尖晶石镍锰酸锂、层状锰钠材料、磷酸锰铁锂、富锂锰基材料等方面的技术和产业化进程加快。

经过多年的发展及市场竞争,锰基正极材料除锰酸锂材料较为成熟外,其余新型锰基正极材料尚未形成大规模量产或爆发式增长。其中,部分企业的磷酸锰铁锂材料已经实现量产,尖晶石镍锰酸锂、层状锰钠材料、富锂锰基等目前尚处于研发、测试阶段。

(一)锰酸锂

锰酸锂是一种无机化合物,化学式为LiMn 2 O 4 ,通常为尖晶石相,黑灰色粉末,易溶于水。 锰酸锂目前主要以尖晶石型锰酸锂为主,属于 Fd 3m 空间群,晶格常数为 0 823nm 。每个晶胞都包含有 56 个原子: 8 Li 16 Mn 32 O ,其中 Li 位于四面体的 8a 位置, Mn 2+ 位于八面体的 16d 位置, O 2 位于面心立方的 32e 位置。 MnO 6 八面体构成了三维隧道结构,锂离子通过三维通道嵌入和脱出,因而 具有优异的倍率性能和稳定性。 LiMn 2 O 4 具有原料资源丰富、成本低、对环境友好、具有较高的安全性以及耐过充能力等优点, 在大功率设备商业化锂电池中存在较为广泛的应用。

锰酸锂上游主要为锂源、锰源等原材料,下游为锰酸锂电池制造商,终端应用领域为电动两轮车、 3C 数码、电动工具、新能源汽车 储能等。

相比较其他正极材料,锰酸锂具有锰资源丰富、材料成本低、 良好的 安全性、倍率性能 低温性能等 优势,因此其在 电动两轮车 3C 数码、电动工具、新能源汽车和储能 等仍具备较为清晰的应用场景。此外,目 前锰酸锂材料与三元等其他材料的混合使用是锂电池企业选择的重要技术路线之一。

(二)尖晶石镍锰酸锂

尖晶石镍锰酸锂(LiNi0.5Mn1.5O4LNMO)系锰酸锂(LiMn2O4)中1/4MnNi取代而形成的新型正极材料,晶体结构为尖晶石型。LNMO的理论容量为 147mAh g ,实际容量可达到 130~140mAh g (测试电压范围为 2 75 4 95V

鉴于该等材料放电电压高、材料能量密度高等特点,该等产品能够满足锂电池高能量密度和高输出功率的需求, 更加适用于混合动力和电动汽车用锂电池

(三)层状锰钠材料

层状锰钠材料一般指为NaxMO2MMnFeCo等过渡金属)层状金属氧化物或NaxM[MCN6]的普鲁士蓝化合物,锰元素均在其中发挥了重要的作用,为制造钠离子电池的正极材料。

(四)磷酸锰铁锂

磷酸锰铁锂(LiMnxFe1-xPO4LMFP)系在磷酸铁锂的基础上掺杂一定比例的锰而形成的新型锂电池材料。相对磷酸铁锂,其具有更高的电压平台,能量密度高出15%左右,并保留了磷酸铁锂原有的安全性。

得益于高电压的突出优势,磷酸锰铁锂材料除了单独使用外,还可以与现有正极材料进行混掺,如将磷酸锰铁锂和三元材料混掺的材料具备更好的循环性能、安全性、更低的成本,将磷酸锰铁锂和锰酸锂混掺的材料可使锰酸锂适用于动力电池材料等。

(五)富锂锰基

富锂锰基正极材料的一般组成可表示为xLi2MnO3·(1-xLiMO20<x<1,M=Ni, Co,Mn),可视同由Li2MnO3LiMO2两种结构成分在原子尺度均匀复合形成的锰基正极材料。

富锂锰基正极材料由于具有非常高的比容量(>250mAh/g)和能量密度(>1000Wh/kg),其动力电池单体的能量密度能够达到300Wh/kg,是目前已知的能量密度最高的含锂态锂电池正极材料。同时,富锂锰基正极材料以锰作为主要的元素,贵金属镍、钴的含量非常少,在注重动力电池成本和安全性能的前提下,富锂锰基正极材料是下一代高能量密度动力电池的理想材料。

二、锰酸锂正极材料产业链

锂电池正极材料是锂电池的核心部件,也是决定锂电池性能和制造成本的关键组成部分之一。锂电池正极材料的上游主要为锂源、锰源、镍源等原材料,下游为锂电池制造,并最终应用于新能源车、消费电子、储能等领域。公司专注于锰基正极材料的研发、生产和销售,主要品为锰酸锂,位于锂电池产业链的中游正极材料制造领域。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

三、锰酸锂正极排列产品性能


磷酸铁锂

锰酸锂

钴酸锂

三元镍钴锰

化学式

LiFePO4  

LiMn2O4  

LiCoO2  

LiNi,Co,Mn,O2

晶体结构

橄榄石结构

尖晶石

层状

层状

理论密度/g·cm-3

3.6  

4.2  

5.1  

/  

振实密度/g·cm-3

0.81.1

2.22.4

2.83.0

2.62.8

压实密度/g·cm-3

2.2~2.3  

>3.0  

3.6~4.2  

>3.40  

理论容量/mA·h·g-1

170  

148  

274  

273285

实际容量/mA·h·g-1

130140

100120

135150

155220

相应电池电芯的质量比能量/Wh·kg-1

130160

130180

180240

180240

平均电压/V

3.4  

3.8  

3.7  

3.6  

电压范围/V

3.23.7

3.04.3

3.04.5

2.54.6

循环性/

20006000

5002000

5001000

8002000

环保性

无毒

无毒

钴有放射性

镍、钴有毒

安全性能

良好

尚好

适用温度/

-2075

>50℃快速衰退

-2055

-2055

四、锰酸锂正极材料生产技术

锰基正极材料的制备方法主要包括固相合成法、 共沉淀法、水热法和溶剂热法、溶胶凝胶法等 ,其中锰酸锂的技术工艺相对成熟,行业内企业主要采用固相合成法

各制备方法具体特点如下:

制备方法

技术特点

固相合成法

将碳酸锂、二氧化锰或四氧化三锰等原材料按照相应的比例通过搅拌研磨等方法混合均匀,在惰性气氛下高温烧结一定时间后,通过冷却、粉碎、研磨等过程获得最终的正极材料。操作简便,易于工业化生产,但该方法制备出

来的材料颗粒粒度较大、分布不均匀、电化学性能不理想,并且反应时间较长,反应温度较高。  

共沉淀法

将沉淀剂加入含Mn2+等离子的水溶液中,通过对沉淀物过滤、洗涤、热分解等步骤得到正极材料。该制备方法沉淀物化学成分均一,颗粒形貌可控,易制得纳米颗粒,但需要大量消耗阴离子原材料,也需严格控制配比以避免团聚,工业生产难度较高。

水热法和溶剂热法

将原料加入水热釜中,以一定温度和压力使原材料再结晶,然后自然冷却到室温,将产品过滤、洗涤、干燥、退火,最终可得到纳米级正极材料。该制备方法可以制得粒度小的颗粒,且颗粒分布均匀、团聚少,但存在巨型反应釜设计困难、产能低等缺点,难以用此方法进行大规模工业生产。

溶胶凝胶法

将各原料进行液相混合,通过成胶、凝胶等工艺形成均一稳定的溶胶体系,再经过干燥、烧结后可以得到正极材料。该方法制备的颗粒均匀、粒度小,反应简单、能耗低,但需要使用有毒的有机溶剂、成本高昂、产率低,不利于工业化生产。

锰基正极材料的制备工艺较为复杂,生产过程各个环节控制比较严格,新技术及新工艺的研发门槛高,开发困难。目前锰基正极材料复合改性技术包括元素掺杂、梯度掺杂、表面包覆、材料性能一致性管控技术和磁性异物/水分控制技术等生产工艺和核心技术。上述技术的突破,除注重日常实验与经验积累外,更需要了解上游的矿冶、提炼工艺,和下游的锂电池制造工艺技术,其中实验与经验积累不仅需要长期的研发投入和实际生产制造工艺的经验积累,而且需要结合客户的应用和反馈后进一步改进,从而形成一定的技术和生产工艺壁垒。

此外,鉴于不同的电池应用场景以及工艺搭配对锰基正极材料的要求不同,使锰基正极材料的配方、添加剂、工艺条件的选择更为复杂,需要大量的投入和实际验证才能找到合适的材料制造条件。因此,只有具备长期的产品技术研发及服务经验,企业方可应对不同客户差异化需求;同时,从发展趋势来看,锰基正极材料表现出向高循环寿命、高安全性和低成本方向大力发展,工艺技术壁垒越来越高。产业新进入局者在短期内难以突破关键工艺,存在较高的工艺技术壁垒。

锰酸锂正极材料产品在大批量生产过程当中,对产品良率、可靠性、稳定性、安全性及产品一致性水平等要求较高。实现精益化生产、拥有先进的智能化生产设备、精细的现场管理以及长期的技术经验沉积是确保产品质量性能可靠性的重要保障。行业新进入者由于缺少长期的生产实践经验积累以及成熟的质量管理体系,较难达到相关质量控制要求。

五、锰酸锂正极材料工艺流程

安徽博石高科新材料股份有限公司锰酸锂生产工艺流程:

 

注:上述工艺流程图中虚线框内二次混料及二次烧结工艺根据产品需求差异来选择是否进行。

主要环节

主要设备

主要内容

投配料

储料仓及计量配料系统

使用自动推揉装置将锰源(主要为二氧化锰或四氧化三锰)和锂源(主要为碳酸锂)投入清洁储料系统中,通过失重计量将之精确计量,配入混合装置或暂存仓。

混料(添加添加剂)

斜混机、犁刀混

将经过计量的辅助(添加)剂加入混合设备,通过有介质(主要为陶瓷球)研磨或无介质犁刀搅拌的方式,使生产原料达到微米级别的均质混合,随后使用全自动输送系统发送至待烧料储存装置。

一次烧结/二次烧结

辊道炉

通过自动装钵机将待烧料装填入陶瓷匣钵,自动送入辊道炉中。通过控制各温区的温度及通气条件,对待烧料进行高温固相反应,控制材料的传质过程和晶体化过程,得到设计条件下的尖晶石结构的锰酸锂半成品。

二次混料

斜混机、犁刀混

在有介质(主要为陶瓷球)研磨或无介质犁刀搅拌的方

式,使包覆添加剂与锰酸锂半成品实现微米级别的均质混合,并形成包覆雏形。然后进行二次烧结。

批混

螺带混合机

按照生成批次,烧结后物料经全自动输送系统汇集到螺带混合机,控制角速度及时间参数进行均质化,可以提高产品批次质量的一致性和稳定性。

筛分

振动筛

在有超声振动条件下,对均质化后的物料进行物料分级,去除半成品物料中的异物及大颗粒锰酸锂材料。

除铁

电磁除铁器

应用电磁吸除原理,将半成品中含有磁性的固体颗粒及具有较高顺磁性的异物分离出去,得到锰酸锂成品。

包装

全自动包装机

在严格控制包装温度、湿度、环境清洁度的条件下,使用全自动包装机将锰酸锂成品称量、装袋、真空封口,人工装箱、贴标签后,码放在托盘上,使用缠绕膜进行防水密封处理后,完成锰酸锂产品生产。

六、锰酸锂正极材料政策规划

为建立健全绿色低碳循环发展经济体系及碳达峰行动方案的顺利实施, 近年来国家出台一系列促进新能源产业发展的相关法律法规和政策文件,具体如下

序号

政策名称

发布部门

发布

时间

相关内容

1

《电动自行车安全技术规范(GB17761-2018)》

国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会

2018

5

规定了电动自行车的整车安全、机械安全、电气安全、防火性能、阻燃性能、无线电骚扰特性和使用说明书的主要技术要求及相应的试验方法,装配完整的电动自行车的整车质量小于或等于55kg

2

《中华人民共和国节约能源法》

全国人民代表大会常务委员会

2018

10

国家实施节约与开发并举、把节约放在首位的能源发展战略;国家实行有利于节能和环境保护的产业政策,限制发展高耗能、高污染行业,发展节能环保型产业;国家鼓励、支持开发和利用新能源、可再生能源。

3

《产业结构调整指导目录(2019年本)》

国家发改委

2019

10

鼓励类产业:锂离子电池用三元和多元、磷酸铁锂等正极材料、中间相炭微球和硅碳等负极材料、单层与三层复合锂离子电池隔膜、氟代碳酸乙烯酯(FEC)等电解质与添加剂。

4

《关于统筹和加强应对气候变化与生态环境保护相关工作的指导意见》

生态环境部

2021

1

鼓励能源、工业、交通、建筑等重点领域制定达峰专项方案。推动钢铁、建材、有色、化工、石化、电力、煤炭等重点行业提出明确的达峰目标并制定达峰行动方案。

5

《国务院关于加快建立健全绿色低碳循环发展经济体系的指导意见》

国务院

2021

2

到2025年,产业结构、能源结构、运输结构明显优化,绿色产业比重显著提升,基础设施绿色化水平不断提高,清洁生产水平持续提高,生产生活方式绿色转型成效显著,能源资源配置更加合理、利用效率大幅提高。到2035年,绿色发展内生动力显著增强,绿色产业规模迈上新台阶,重点行业、重点产品能源资源利用效率达到国际先进水平,广泛形成绿色生产生活方式,碳排放达峰后稳中有降,生态环境根本好转,美丽中国建设目标基本实现。

6

《关于加快推动新型储能发展的指导意见》

国家发改委、能源局

2021

7

到2025年,实现新型储能从商业化初期向规模化发展转变,装机规模达3000万千瓦以上。新型储能在推动能源领域碳达峰碳中和过程中发挥显著作用。到2030年,实现新型储能全面市场化发展。新型储能核心技术装备、技术创新和产业水平稳居全球前列,标准体系、市场机制、商业模式成熟健全,与电力系统各环节深度融合发展,装机规模基本满足新型电力系统相应需求。新型储能成为能源领域碳达峰碳中和的关键支撑之一。

7

《2030年前碳达峰行动方案》

国务院

2021

10

到2025年,非化石能源消费比重达到20%左右,单位国内生产总值能源消耗比2020年下降13.5%,单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%,为实现碳达峰奠定坚实基础。到2030年,非化石能源消费比重达到25%左右,单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降65%以上,顺利实现2030年前碳达峰目标。

到2030年,当年新增新能源、清洁能源动力的交通工具比例达到40%左右,营运交通工具单位换算周转量碳排放强度比2020年下降9.5%左右。

8

《锂离子电池行业规范条件(2021 年本)》

工信部

202112

明确了对正极材料比容量的要求,规定

磷酸铁锂比容量≥145Ah/kg,三元材料比容量≥165Ah/kg,钴酸锂比容量≥160Ah/kg,锰酸锂比容量≥115Ah/kg

 

9

十四五新型储能发展实施方案》

国家发改委、国家能源局

2022

1

持续优化建设布局,促进新型储能与电力系统各环节融合发展,支撑新型电力系统建设。推动新型储能与新能源、常规电源协同优化运行,充分挖掘常规电源储能潜力,提高系统调节能力和容量支撑能力。合理布局电网侧新型储能,着力提升电力安全保障水平和系统综合效率。实现用户侧新型储能灵活多样发展,探索储能融合发展新场景,拓展新型储能应用领域和应用模式。

10

《促进绿色消费实施方案》

国家发改委、工信部等七部门

2022

1

大力发展绿色交通消费。大力推广新能源汽车,逐步取消各地新能源车辆购买限制,推动落实免限行、路权等支持政策,加强充换电、新型储能、加氢等配套基础设施建设,积极推进车船用LNG发展

11

政府工作报告

国务院

2022

3

推动消费持续恢复。继续支持新能源汽车消费。

12

《关于进一步推进电能替代的指导意见》

国家发改委、工信部等十部委

2022

3

提出要深入推进交通领域电气化。加快推进城市公共交通工具电气化,在城市公交、出租、环卫、邮政、物流配送等领域,优先使用新能源汽车。明确要鼓励电动汽车V2G、大数据中心、5G数据通讯基站等利用虚拟电厂参与系统互动。切实落实电动汽车、船舶使用岸电等电价支持政策

13

《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》

国家发改委、国家能源局

2022

5

重点包括:创新新能源开发利用模式;加快构建适应新能源占比逐渐提高的新型电力系统;深化新能源领域放管服改革;支持引导新能源产业健康有序发展;保障新能源发展合理空间需求;充分发挥新能源的生态环境保护效益;完善支持新能源发展的财政金融政策。

14

《财政支持做好碳达峰碳中和工作的意见》

财政部

2022

5

意见明确:支持优化调整运输结构。大力支持发展新能源汽车,完善充换电基础设施支持政策,稳妥推动燃料电池汽车示范应用工作。此外,加大新能源、清洁能源公务用车和用船政府采购力度,机要通信等公务用车除特殊地理环境等因素外原则上采购新能源汽车,优先采购提供新能源汽车的租赁服务,公务用船优先采购新能源、清洁能源船舶。

15

十四五可再生能源发展规划》

国家发改委、国家能源局、财政部等九部委

2022

6

推动新型储能规模化应用。明确新型储能独立市场主体地位,完善储能参与各类电力市场的交易机制和技术标准,发

挥储能调峰调频、应急备用、容量支撑等多元功能,促进储能在电源侧、电网侧和用户侧多场景应用。创新储能发展商业模式,明确储能价格形成机制,鼓励储能为可再生能源发电和电力用户提供各类调节服务。创新协同运行模式,有序推动储能与可再生能源协同发展,提升可再生能源消纳利用水平。

 

16

《关于进一步推动新型储能参与电力市场和调度运用的通知》

国家发改委、国家能源局

2022

6

要建立完善适应储能参与的市场机制,鼓励新型储能自主选择参与电力市场,坚持以市场化方式形成价格,持续完善调度运行机制,发挥储能技术优势,提升储能总体利用水平,保障储能合理收益,促进行业健康发展。

锰酸锂产品主要用于制备锂电池,终端应用于电动两轮车、3C数码、电动工具、新能源汽车和储能等领域。

锰酸锂等锂电池正极材料的发展与终端电动两轮车、3C数码、电动工具、新能源汽车和储能等产业有着较为紧密的联系。新能源行业作为国家政策扶持的重点产业,容易受到政策影响而产生波动锂电池正极材料下游电池制造商的需求也会因此受到影响。若新能源行业政策发生重大不利变动将对公司经营状况造成重大影响。

20194月,《电动自行车安全技术规范GB177612018》正式实施(以下简称《新国标》。《新国标》明确了电动自行车的质量、尺寸、时速等参数指标有利于电动自行车产业的规范化运行,轻量化趋势为锂电池电动自行车市场带来了机会。电动自行车锂电池为公司下游的重要领域之一,《新国标》的实施将对公司业务发展产生积极的影响。

2020年以来,国家陆续出台新能源产业规划及相关扶持政策,如《新能源汽车产业发展规划(20212035年)》《2030年前碳达峰行动方案》《十四五新型储能发展实施方案》《促进绿色消费实施方案》等,对进一步扩大锂电池下游终端市场需求具有重要作用。前述规划及政策的实施将对发行人的生产经营产生积极影响。

此外,根据《关于2022年新能源汽车推广应用财政补贴政策的通知》,2022年新能源汽车购置补贴政策于20221231日终止,20221231日之后上牌的车辆不再给予补贴””,新能源汽车行业进入零补贴时代,短期内将对新能源汽车终端市场需求产生一定程度的不利影响,各企业也将愈加关注成本控制。一方面公司产品主要应用终端领域为电动两轮车、3C数码、电动工具、新能源汽车和储能等,故上述政策对公司的影响有限;另一方面,锰基正极材料的成本优势将促使下游电池制造商 在锰基电池或锰基复合电池上的研发投入进一步增加 进而提升锰基正极材料在此领域的需求

七、锰酸锂正极材料市场监管

公司所属行业为锂离子正极材料行业,由政府部门和行业协会共同管理。行业主管部门由国家发改委、工业和信息化部等按职责分工负责管理;行业协会为自律管理组织,主要为中国化学与物理电源行业协会和中国电池工业协会。

国家发改委的主要职能为研究制定行业的产业规划和产业政策,组织制定行业规章、规范和技术标准以及审批行业相关事项等;工业和信息化部的主要职能为拟订工业行业规划和产业政策并组织实施,研究提出工业发展战略。

中国化学与物理电源行业协会的主要职能是开展对电池行业国内外技术、经济和市场信息的采集、分析和交流工作,依法开展行业生产经营统计与分析工作,向政府部门提出制定电池行业政策和法规等方面的建议 协助政府组织编制电池行业发展规划和产业政策 等。中国电池工业协会的主要职能是对电池工业的政策提出建议,起草电池工业的发展规划和电池产品标准,组织有关科 研项目和技术改造项目的鉴定,开展技术咨询、信息统计、信息交流、人才培训等。