氢氧化锂是锂产业链下游三大基础锂盐之一,广泛应用于锂基脂、三元正极材料等领域。它的主要形态包括无水氢氧化锂(LiOH)和单水氢氧化锂(LiOH·H2O)。
氢氧化锂的生产可以通过矿石提锂后酸化产出硫酸锂再生产氢氧化锂,也可以通过盐湖卤水提锂制取氢氧化锂。
在动力电池领域,氢氧化锂是重要的原材料,尤其是高性能动力电池中广泛应用的高镍三元正极材料。高镍三元材料要求较高的烧结温度,而氢氧化锂的熔点较低,因此是高镍三元材料的理想选择。
除了动力电池领域,氢氧化锂还在消费领域中应用广泛,如智能手机、平板电脑、TWS设备和无人机等。
根据数据显示,2020年中国氢氧化锂产量达到11.2万吨,同比增长23.1%,市场占有率达到81.8%。产量增长主要来自于赣锋锂业、天宜锂业、雅化锂业等企业的产能释放。
全球氢氧化锂市场可以分为三个梯队:一线厂商具备品质溢价,与全球车企或电池龙头建立了长期战略合作关系;准一线厂商正在逐渐进入全球供应体系;二线厂商主要是国内供应商,具备扩产计划。
考虑到氢氧化锂的量产和下游产业链认证的周期,新增供应相对有限。然而,随着特斯拉、奔驰、宝马等海外新能源车配套高镍三元电池的增加,全球氢氧化锂需求有望进一步提速。
新能源纯电动汽车的核心无疑是电池。目前,市面上主流新能源纯电动汽车采用的电池类型主要有三元锂电池和磷酸铁锂电池。根据相关资料显示,2017年工信部公布的8批共296款新能源乘用车中,采用三元锂电池的车型有221款,而采用磷酸铁锂电池的仅有33款。
磷酸铁锂电池是一种以磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。它的特点是不含钴等贵重元素,原料价格低廉,而且磷和铁这两种元素在地球上的资源含量丰富,不会出现供料问题。磷酸铁锂电池具有适中的工作电压(3.2V)、较大的单位重量下电容量(170mAh/g)、高放电功率、可快速充电以及长循环寿命等优点,同时在高温和高热环境下的稳定性也很高。
磷酸铁锂电池的特点之一是安全性高,具有高倍率充放电特性和较长的循环寿命。根据文献显示,在特定的充放电条件下,经过1600次循环后,磷酸铁锂电池的容量仍能保持初始容量的80%。此外,磷酸铁锂电池还具有以下五个优点:更高的安全性、更长的使用寿命、不含任何重金属和稀有金属(原材料成本低)、支持快速充电以及工作温度范围广。
然而,磷酸铁锂电池也存在一些缺点。它的性能受温度影响较大,尤其是在低温环境下,放电能力和容量都会显著降低。此外,磷酸铁锂电池的能量密度较低,仅为120Wh/kg,如果计算整个电堆的能量密度,包括电池管理系统、散热等零部件,那么能量密度就更低了。这远远不能满足国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中对电池模块能量密度的要求(大于150瓦时/公斤)。此外,磷酸铁锂电池的制备成本和电池的制造成本较高,电池成品率低,产品一致性差。
另一种主流的电池类型是三元锂电池,它的正极材料采用镍钴锰酸锂(Li(NiCoMn)O2)。三元锂电池综合了钴酸锂、镍酸锂和锰酸锂三种材料的优点,形成了三种材料三相的共熔体系,由于三元协同效应,其综合性能优于任一单组合化合物。三元锂电池的重量能量密度可以达到200Wh/kg。
三元锂电池的优点是能量密度高,循环性能优于普通的钴酸锂电池。目前,随着配方的不断改进和结构的完善,三元锂电池的标称电压已经达到3.7V,并且在容量上已经达到或超过钴酸锂电池的水平。
然而,三元锂电池的安全性较差。由于镍钴铝的高温结构不稳定,三元锂电池的热稳定性较差,且pH值过高易导致单体胀气,从而引发危险。当温度达到250-300℃时,三元锂电池会发生分解,遇到电池中可燃的电解液和碳材料时,很容易发生着火,产生的热量进一步加剧正极的分解,导致电池在极短时间内爆燃。在车祸中,外力撞击可能会损坏电池隔膜,引发短路,而短路时产生的热量会导致电池热失控,并迅速升至300℃以上,存在自燃的风险。因此,对于三元锂电池而言,电池管理系统和散热系统至关重要。
总的来说,到目前为止,三元锂电池和磷酸铁锂电池还没有分出真正的胜负。虽然三元锂电池稍占上风,但在现阶段,两者都不是完美的解决方案。此外,石墨烯和氢燃料电池等其他替代能源技术也在不断发展,值得关注。