中國(guó)粉體網(wǎng)訊  動(dòng)力電池是新能源汽車的心臟,，電池成本占新能源乘用車全部生產(chǎn)成本的40%至60%,，其技術(shù)進(jìn)步對(duì)整個(gè)電動(dòng)汽車發(fā)展起著關(guān)鍵作用。隨著動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)集中度的提升,，以及技術(shù)路線的逐漸成熟,，未來(lái)的動(dòng)力電池將向著更安全,、更長(zhǎng)壽,、充電速度更快的方向發(fā)展,。

目前動(dòng)力電池正極材料技術(shù)路線有很多,，主要圍繞著磷酸鐵鋰,、三元材料,、鈷酸鋰,、錳酸鋰這四種,，那么隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，哪一種正極材料技術(shù)路線在動(dòng)力電池領(lǐng)域更具有競(jìng)爭(zhēng)力呢,？

動(dòng)力電池正極材料產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀

1、磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰由于安全性好,，循環(huán)壽命長(zhǎng),，原材料資源豐富,，不造成環(huán)境污染而在中國(guó)得到了以BYD為首的眾多動(dòng)力電池廠家的追捧,。我國(guó)磷酸鐵鋰技術(shù)路線的成功是國(guó)外主流動(dòng)力電池廠家始料未及的,。

磷酸鐵鋰優(yōu)點(diǎn)有很多,，但缺點(diǎn)也很明顯，除了低溫下循環(huán)性能極差以外,，最主要的缺陷是其導(dǎo)電率和振實(shí)密度低，其能量密度只有120-150wh/kg,。2016年底國(guó)家出臺(tái)按能量密度進(jìn)行動(dòng)力電池的補(bǔ)貼,，這可能會(huì)阻礙磷酸鐵鋰動(dòng)力電池的發(fā)展，但磷酸鐵鋰在電動(dòng)大巴上的使用具有不可替代性,，未來(lái)市場(chǎng)空間依舊廣闊,。

目前生產(chǎn)磷酸鐵鋰的主要廠家有比亞迪,、北大先行、深圳沃特碼,、合肥國(guó)軒等,。未來(lái)磷酸鐵鋰會(huì)朝著提高能量密度的方向發(fā)展，可以考慮采用石墨烯,、碳納米管等添加劑來(lái)提高倍率容量,，或者采用磷酸錳鐵鋰提高電壓，進(jìn)而提高15-20%的能量密度,。

2,、鈷酸鋰與鎳酸鋰

鈷酸鋰是最早進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用的鋰電池正極材料，第一代商業(yè)化應(yīng)用的鋰離子電池就是SONY在1990年推向市場(chǎng)的鈷酸鋰鋰離子電池,，隨后在消費(fèi)類產(chǎn)品中得到大規(guī)模應(yīng)用,。

但是鈷酸鋰最大的缺點(diǎn)就是質(zhì)量比容量低,，理論極限是274mAh/g,，出于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性考慮,，實(shí)際應(yīng)用中只能達(dá)到137mAh/g。同時(shí)由于地球上鈷元素的儲(chǔ)量比較低,，因此導(dǎo)致鈷酸鋰的成本偏高,，難以在動(dòng)力電池領(lǐng)域大規(guī)模普及,。

與鈷酸鋰相似，理想的鎳酸鋰為α-NaFeO2型六方層狀結(jié)構(gòu),，鎳酸鋰正極材料理論容量為275 mAh/g，實(shí)際可達(dá)180-200mAh/g,，平均嵌鋰電位約為3.8V,。相對(duì)于鈷酸鋰來(lái)說(shuō),，鎳的儲(chǔ)量比鈷大,，價(jià)格也相對(duì)便宜，但是鎳酸鋰合成困難,，循環(huán)性能差,，純相鎳酸鋰實(shí)用性不大。

部分動(dòng)力電池電極材料六大指標(biāo)對(duì)比圖

3,、錳酸鋰

錳酸鋰由于與目前普遍使用的鈷酸鋰,、三元材料性質(zhì)非常接近，其電池生產(chǎn)工藝非常成熟,，動(dòng)力電池生產(chǎn)線與現(xiàn)有生產(chǎn)線基本兼容,，特別日韓擬采用18650型電池組合成動(dòng)力電池模塊的技術(shù)思路，使錳酸鋰動(dòng)力電池生產(chǎn)更容易實(shí)現(xiàn),。

錳酸鋰最大的缺點(diǎn)就是高溫循環(huán)性能較差,，但相較于磷酸鐵鋰，它也有著自己獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),。

（1）錳酸鋰的體積比能量?jī)?yōu)于磷酸鐵鋰

錳酸鋰的容量比磷酸鐵鋰低約25%,，但其電壓比磷酸鐵鋰高15%，且錳酸鋰的壓實(shí)密度高約40%,，因此錳酸鋰的體積比能量高于磷酸鐵鋰 25-30%,。

（2）錳酸鋰的一致性優(yōu)于磷酸鐵鋰

由于錳酸鋰產(chǎn)品不含碳，因此產(chǎn)品的性能參數(shù)穩(wěn)定,，一致性好對(duì)動(dòng)力電池生產(chǎn)十分有利,。

錳酸鋰的尖晶石結(jié)構(gòu)

目前日本桑尼，我國(guó)中信國(guó)安,、蘇州星恒等企業(yè)都在研發(fā)生產(chǎn)錳酸鋰動(dòng)力電池,，未來(lái)在低速電動(dòng)車以及續(xù)航里程不高的電動(dòng)車等領(lǐng)域?qū)⒂胁诲e(cuò)的市場(chǎng),。

4、三元材料

三元材料主要有鎳鈷鋁酸鋰（NCA）和鎳鈷錳酸鋰（NCM）兩種,，其中NCA是目前商業(yè)化正極材料中比容量最高的材料,。

（1）鎳鈷鋁酸鋰（NCA）

因?yàn)镃o和Ni具有相似的電子構(gòu)型，相似的化學(xué)性質(zhì),，離子尺寸差異也很小,，鎳酸鋰和鈷酸鋰可以發(fā)生等價(jià)置換形成連續(xù)固溶體并保持層狀的α-NaFeO2結(jié)構(gòu)，為了得到更加穩(wěn)定的高鎳固溶體材料,，除了加入鈷以外,，添加Al可以進(jìn)一步提高材料的穩(wěn)定性和安全性，這樣就形成了鎳鈷鋁酸鋰三元材料,。

盡管NCA具有很高的比容量,，但其缺點(diǎn)也很明顯，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)是開發(fā)高鎳低鈷NCA來(lái)降低成本提高容量,；以及研發(fā)高壓實(shí)NCA來(lái)提高體積比,；另外采用包覆工藝降低NCA對(duì)濕度的敏感性。

目前美國(guó)特斯拉采用的是NCA正極材料動(dòng)力電池,，技術(shù)處于領(lǐng)跑地位,，日本松下采用NCA和硅碳負(fù)極組合制成的18650型電池容量高達(dá)3500mAh,循環(huán)壽命2000次以上；種種跡象表明,，NCA正極材料在動(dòng)力電池應(yīng)用中具有很大的競(jìng)爭(zhēng)力,。

（2）鎳鈷錳酸鋰（NCM）

鎳鈷錳酸鋰（NCM）三元材料的比容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng),、安全性好,、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)是毋庸置疑的，但它同樣具有平臺(tái)相對(duì)較低,，首次充放電效率低的缺點(diǎn),。

目前采用鎳鈷錳酸鋰（NCM）的主要有韓國(guó)LG、浙江微宏動(dòng)力以及珠海銀隆,，在未來(lái),，NCM發(fā)展趨勢(shì)主要是制造低鈷層狀三元材料，主要原因是鈷是稀缺資源,，減少用量可降低成本,；另一個(gè)方向就是發(fā)展高鎳層狀三元材料，雖然高鎳體系合成難度大,，易發(fā)生鋰鎳混排,，但是鎳含量的增加可以顯著提高克容量，高鎳體系是動(dòng)力電池的理想材料之一,。除此之外,，NCM同樣要注意材料吸水的問(wèn)題,。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)有些廠家采用三元NCM/鈦酸鋰負(fù)極組合的技術(shù)路線,，避免了碳負(fù)極可能存在的鋰枝晶生成所造成安全性和循環(huán)性差的問(wèn)題,。采用此模塊生產(chǎn)的動(dòng)力電池具有安全性好，充放電倍率高,，循環(huán)壽命長(zhǎng)（可達(dá)5000-10000次）的特點(diǎn),，因而在動(dòng)力電池領(lǐng)域備受關(guān)注。

總結(jié)：

政策所趨,，未來(lái)動(dòng)力電池行業(yè)市場(chǎng)廣闊,，三年內(nèi)新能源汽車用動(dòng)力電池市場(chǎng)年平均增長(zhǎng)率可達(dá)50%左右，但是整個(gè)電池行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈,，行業(yè)的整合正在持續(xù)進(jìn)行,，動(dòng)力電池市場(chǎng)需求將進(jìn)一步向優(yōu)勢(shì)企業(yè)集中。

而在技術(shù)路線方面,，目前商用鋰離子動(dòng)力電池正極材料主要有錳酸鋰(LMO),、磷酸鐵鋰(LFP)、三元材料(NMC),，每種材料都有自己的優(yōu)勢(shì)和缺陷，有自身的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)需求,。其中電動(dòng)工具,、HEV 和電動(dòng)自行車是LMO的主要應(yīng)用領(lǐng)域，新能源公共交通大巴,、出租車將仍以LFP為主,。在未來(lái)，動(dòng)力電池領(lǐng)域最有可能出現(xiàn)的局面將是磷酸鐵鋰和三元材料并駕齊驅(qū),。