從最開始的高壓實L C O ( 壓實4 . 1 , 全電4.1V,145mAh/g容量),發展到IPhone4上的第壹代高壓LCO(4.2V全電,155mAh/g容量),到應用在IPhone5上第二代高壓LCO(4.3V全電,超過1 6 5mA h / g容量),以及正在開發完善中的第三代高壓LCO體系(4.4V全電,接近175mAh/g容量)。雖然充電上限電壓每次僅僅提高了0.1V,但背後需要的技術積累和進步,卻很少有國內正極材料廠家具備。
第壹階段4.2V的改性相對比較容易,原理主要是摻雜改性,三四年前國外公司已經產業化。第二階段4.3/4.4V技術難度更高,需要體相摻雜+表面包覆並用,於是就發展出了“Insulate Cathode”的概念,目前國際上已經有少數大公司產業化。
高壓LCO改性元素主要是Mg、Al、Ti、Zr等幾種,基本上已經公開,但是不同元素的作用機理並不壹樣。高端LCO技術的關鍵在於摻雜什麽元素,如何摻雜,以及摻雜的量的多少。同樣,表面包覆的難點首先在於選擇什麽樣的包覆物,再就是采用什麽樣的包覆方法以及包覆量多少的問題。幹法摻雜和包覆目前是主流,但也有公司在前驅體階段進行濕法改性的。根據不同的摻雜和包覆要求,優化溫度和燒結工序以及表面再處理工藝,這是高壓LCO生產的核心技術。廠家需要根據自己的技術積累和經濟狀況來選擇適當的技術路線。
IPad4鋰電池所使用的正極材料和IPone5還不大壹樣。IPhone用的是20微米大粒徑的高壓LCO,而IPad用的是10微米粒徑的高壓LCO和NMC532的混合材料(混合比例為6 :4)。為什麽IPhone5和IPad4用的材料不壹樣?手機較高的工作/關機電壓和追求高能量密度使得高端LCO成為IPhone5的必然選擇。而IPad利潤率沒有IPhone 高,可以選擇較低成本的混合材料,在降低關機電壓的條件下還可以利用NMC釋放更高的容量,可謂壹舉兩得。
IPad4和IPone5鋰電池實際能量密度差不多都接近230wh/Kg,這正是因為IPad降低了關機電壓因而可以充分利用NMC在較低電壓區間的容量。LCO和NMC不是簡單的物理混合,而是混合以後在較低的溫度(600~700℃)經過了壹個短暫的二次燒結過程。由於元素的相互擴散,使得在混合材料裏NMC的產氣問題得到壹定的抑制,高溫存儲壽命也有所提高,同時LCO的安全性也改善了,這些可以歸功於協同效應。所以,IPad4使用4.35V的上限充電電壓也就不難理解了。
高電壓LCO專利由加拿大FMC公司申請,但FMC並沒有實際生產LCO,而是將專利所有權轉讓給了比利時Umicore,然後國際上有數家公司間接獲得使用授權。國內既沒有任何公司購買FMC專利使用授權也沒有任何相關專利發表。蘋果公司出於知識產權方面顧慮,已經對幾個鋰電池廠家指定材料,國內的正極材料廠家基本上已被排除在蘋果供應鏈之外。當然,國內這兩年國產智能手機和平板電腦產業發展很快,如果只是國內市場而不出口的的話,國產高壓LCO還是有生存空間的。高端LCO在國內能否發展起來,就看國產智能手機和平板電腦產業能否真正做起來和Apple和Samsung三分天下了。