2023年9月18日,法拉第研究所发布了《锂离子电池阴极的研究进展》,报告概述了各种电池阴极化学物质的优势、挑战、可能的研究方向和生产创新,特别关注电动汽车中的锂镍锰钴氧化物(NMC)和锂磷酸铁(LFP)型阴极,考察了各种阴极化学物质对原材料价格变化的敏感性;简要讨论了锂离子电池以外的可能在2030年代进入市场的技术,并为新阴极技术的市场应用提供了两种可能的方案。
报告指出,受市场需求、阴极材料改进和交通电气化的推动,商用电池化学技术正在迅速发展。现有如磷酸铁锂和镍锰钴锂电池的阴极化学品,满足市场需求。然而,随着不断的研究和投资,下一代锂离子电池很可能在2030年以后占据电池市场的很大一部分,带来性能和/或成本的显著提高。
锂离子电池中使用的阴极对电池的性能、安全性和成本有很大的影响。阴极材料大约占电池成本的一半。在电池层面,锂离子电池的性能目前受到阴极活性材料容量的限制,它落后于阳极容量。因此,汽车工业和其他部门对扩大阴极材料的容量很感兴趣。随着研究的突破和制造技术的发展,不同阴极化学物质的相对性能发生了变化,电池技术不断快速发展。
报告指出,随着全球商品价格的飙升,电动汽车电池市场已向成本较低的化学物质倾斜,以保持电动汽车的竞争力。nmc型阴极仍有可能继续占据欧洲电动汽车市场的最大份额,但低成本的化学物质,如LFP和LMO衍生物,预计未来将占据比之前预期更大的市场份额。
虽然下一代技术有可能取代目前的锂基技术,但要达到大众市场部署,还需要大量的研究、投资和规模扩大。现在也有更大的兴趣将研究和制造努力集中在降低成本上,但挑战是在不降低能量密度的情况下降低成本。建立本地供应链是另一项关键进展。鉴于目前锂电池供应链绝大多数集中在亚洲,美国和欧盟已拨出大量资金,用于建立国内弹性。在这方面,英国需要考虑一些重要因素。商业和贸易部最近成立了一个新的独立的关键矿产特别工作组,以确定供应链的脆弱性,促进弹性和多样性,加强英国的竞争力,帮助经济增长。然而,要使英国成为一个有吸引力的电池制造地点,还需要做更多的工作。2023年6月,Imerys公司宣布将收购英国锂公司80%的股份,在康沃尔建立一个锂矿,这是建立当地电池供应链的积极一步,到2030年,该锂矿的产能将满足英国约三分之二的需求。
各种锂离子电池阴极化学物质提供了成本、能量密度和性能优势的独特组合。技术发展、供应链约束和市场需求等因素将影响这些化学品在电动汽车和其他应用中的发展和采用。电池技术的持续研究和创新将继续塑造能源存储解决方案的未来格局。