中國粉體網(wǎng)訊 動(dòng)力電池被譽(yù)為新能源汽車的“心臟”,，技術(shù)突破將對電動(dòng)汽車的性能提升產(chǎn)生決定性影響，也是電動(dòng)汽車推廣普及的關(guān)鍵�,，F(xiàn)在新能源汽車處于加速發(fā)展階段,，目前低成本車型以磷酸鐵鋰為主，高性能車以三元電池為主,，一部分高端車型也采用了磷酸鐵鋰技術(shù)路線,。
對于電池的要求，如何能做到讓純電動(dòng)車和燃油車可以形成性能和經(jīng)濟(jì)性的競爭,，一直是電化學(xué)行業(yè)努力的方向,，能量密度、功率密度,、安全性,、循環(huán)壽命、環(huán)境適應(yīng)性,、成本等都是設(shè)計(jì)研發(fā)考量的因素,。
在中國的四個(gè)國家級計(jì)劃中,，涉及到動(dòng)力電池領(lǐng)域的目標(biāo)分成三個(gè)層次：一個(gè)是高比能鋰離子電池做到300Wh/kg,，下一代鋰離子電池希望做到400Wh/kg，新體系電池做到500Wh/kg,，涉及到系統(tǒng)集成,，還有固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化工作。
腳踏實(shí)地的展望下一代動(dòng)力電池技術(shù)路線,，遠(yuǎn)有固態(tài),，近有無鈷，這些先進(jìn)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化之路該如何走,？又走到了哪一步,？在中國電動(dòng)汽車百人會(huì)第三屆全球新能源與智能汽車供應(yīng)鏈創(chuàng)新大會(huì)上，產(chǎn)學(xué)研專家從各自的角度研判了動(dòng)力電池的技術(shù)現(xiàn)狀與未來趨勢,。
升鎳,？降鎳？
電池技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步速度很快，首先要搞清什么是下一代動(dòng)力電池,。
中國電池工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長黃學(xué)杰是這樣回答的：2010年的錳酸鋰是第一代電池,，日產(chǎn)聆風(fēng)當(dāng)初搭載的就是這種電池，續(xù)航里程在200公里左右,，十年后的今天,，大家買電動(dòng)車必然會(huì)問到是三元還是鐵鋰，這就是第二代電池,，續(xù)航里程比第一代增加了一倍多,。下一代電池已經(jīng)走到了第三代，而更遠(yuǎn)期的目標(biāo)則指向了全固態(tài)電池,。
每一代電池都是以正極材料來劃分,，從第一代走向第二代，帶來了里程的加倍提升,，從約200公里到了約500公里,，從第二代到第三代，里程上又有了大約50%的提升,，更重要的是成本也下降了50%左右,。目前，磷酸鐵鋰電池的能量密度基本做到了170Wh/kg以上,，三元材料的能量密度基本在200-260Wh/kg,。
雖然這些年三元材料的變化花樣最多，但降鈷已是明確趨勢,，降鎳和升鎳成為兩個(gè)技術(shù)方向,。
黃學(xué)杰指出，關(guān)于降鎳的方向,，關(guān)鍵材料是鎳錳酸鋰,，第一代材料是錳酸鋰，一樣的結(jié)構(gòu)中把1/4的錳換成鎳以后,，這個(gè)材料做成的電池電壓就提高了,，跟石墨配對，電池電壓在4.5V之上,。磷酸鐵鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓是3.2V,，三元電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓是3.6V，鎳錳酸鋰的標(biāo)準(zhǔn)電壓能到4.5V,，能量密度也就有了優(yōu)勢,。
因此，鎳錳酸鋰有機(jī)會(huì)得到更高的能量密度,，更高的倍率性能,，特別是低溫下的高倍率性能,，更好的成本，同時(shí)也更安全,，但壽命是個(gè)難題,，近20年來研究人員一直在努力，發(fā)現(xiàn)碳酸酯的電解液可以解決其壽命問題,，用負(fù)極石墨,，用銅作集流體，能夠做得比三元材料壽命還好,，即使是在高溫下也仍然有很好的循環(huán)壽命,，常溫下更不必說。
如此一來,，鎳錳酸鋰的優(yōu)點(diǎn)就很明顯了,，如果把磷酸鐵鋰電池做一下改進(jìn)：負(fù)極不改變，電解液基本不改變,，外殼也不變,，僅僅改變的是正極材料。鎳錳酸鋰的密度比較高,，同樣能做到100Ah,，但是電壓提升了40.6%，單位體積能量提升了40%,，成本上每一瓦時(shí)反而有20%的降低,。這就是去鈷降鎳的的效果。
還有一個(gè)技術(shù)路徑是升鎳,，這是高容量三元正極材料的升級方向,。
如果把鎳的容量增加很多，能量密度可以繼續(xù)提升,，但問題是如何讓高鎳保證很好的壽命和穩(wěn)定性,。升鎳的極限是做到全鎳，把鈷完全去掉,，鎳酸鋰就成為一個(gè)重要方向,，這種高能量密度電池就是三元鋰電池的升級版,。
第三代電池如果走向鎳酸鋰,，三元的能量密度大概能提升40%，結(jié)合負(fù)極材料,，從今天的不到700提升到1000Wh/L,。
中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所研究員肖成偉認(rèn)為，磷酸鐵鋰系電池還會(huì)有進(jìn)一步的技術(shù)提升�,，F(xiàn)在能量密度有的企業(yè)能夠做到200Wh/kg,，下一步希望做到230Wh/kg以上的水平,；高鎳低鈷電池希望做到300Wh/kg；富鋰錳基類電池,，在降鈷降鎳的同時(shí)提錳,，也有非常好的發(fā)展趨勢，現(xiàn)在也是研究的熱點(diǎn),，很多企業(yè)也在開發(fā)無鈷的尖晶石鎳錳酸鋰研究,。
從產(chǎn)業(yè)化角度，中航鋰電乘用車事業(yè)總經(jīng)理謝秋也認(rèn)為,，鎳錳酸鋰是下一代正極材料的候選,，通過計(jì)算，現(xiàn)在的五系,、六系的三元材料,，鋰只用了70%，其他30%不參與充放電,，是一種資源的巨大浪費(fèi),。鎳錳酸鋰參與反應(yīng)的鋰可以達(dá)到95%的水平，跟磷酸鐵鋰的利用率差不多,，但是鎳錳酸鋰這種尖晶石結(jié)構(gòu)的能量密度又會(huì)高很多,。因此，低鎳高錳從成本和資源的角度,，是下一代電池材料的候選,。
SK新能源中國事業(yè)總經(jīng)理張煒介紹，作為全球最早生產(chǎn)811高鎳電池的企業(yè)之一,，SK新能源的電芯能量密度能夠達(dá)到280-290Wh/kg左右,，下一步正在準(zhǔn)備生產(chǎn)“9半半電池”，計(jì)劃明年全球量產(chǎn),，能量密度目前比811的電池有所提升,。
下下一代：全固態(tài)電池
再往遠(yuǎn)一點(diǎn)的技術(shù)路線，就是革命性的全固態(tài)電池,，這也是各路英雄好漢的必爭之地,，希望通過原理創(chuàng)新做出全固態(tài)電池，為下下一代600Wh/kg的能量密度而努力,。
肖成偉表示,，固態(tài)電池的進(jìn)展很快，高鎳三元材料做的固液混合電池,，液體轉(zhuǎn)換到固態(tài)電池里,，作為一個(gè)過渡技術(shù)和產(chǎn)品也有非常好的發(fā)展前景。 現(xiàn)在開發(fā)的固液混合鋰離子電池,，能量密度300Wh/kg,，500次循環(huán)之后,，能量密度保持98%的水平，體現(xiàn)出比較好的性能指標(biāo),。
全固態(tài)電池從基礎(chǔ)研究的角度,，現(xiàn)在所列指標(biāo)都是實(shí)驗(yàn)室達(dá)到的水平，還需要從高循環(huán)性的鋰負(fù)極,，包括鈷界面反應(yīng)等方面做深入的工作,。
固態(tài)電池最大的問題是界面導(dǎo)電差，中國科學(xué)院物理研究所研究員李泓介紹,，固態(tài)電池的難點(diǎn)是在膨脹過程中,，固態(tài)電解質(zhì)怎么能與正負(fù)極顆粒保持很好的接觸，最好的狀態(tài)是原子級別,。他的團(tuán)隊(duì)采取的方法是基于原位固態(tài)化的混合固液電解質(zhì)及全固態(tài)電解質(zhì)電池,，通過注液保持良好的電解質(zhì)與電極材料的物理接觸，之后通過化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)將液體電解質(zhì)部分或全部轉(zhuǎn)換為固體電解質(zhì),，綜合平衡高電壓,、安全性、鋰枝晶,、體積膨脹,、接觸內(nèi)阻等問題解決。
據(jù)李泓透露,，中國這幾家固態(tài)電池企業(yè),，都可能在明年底量產(chǎn)，大約都會(huì)提出GWh級的量產(chǎn)目標(biāo),。
總而言之,，高比能、高安全,、長壽命,、低成本、高環(huán)境適應(yīng)性是動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的諸多考量因素,。新體系電池,、全固態(tài)電池、鈷材料電池,、高壓安全,、固液混合鋰電池，與安全壽命相關(guān)的大數(shù)據(jù)分析和測試評價(jià)技術(shù)等,，都是現(xiàn)在和未來一段時(shí)間大家關(guān)注的焦點(diǎn)和整個(gè)投入的重點(diǎn),。
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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