中國儲能網訊：新能源汽車是汽車發(fā)展的方向，動力電池是新能源汽車的心臟，其技術水平及產業(yè)發(fā)展對電動汽車的規(guī)模化應用意義重大。隨著動力電池產業(yè)集中度的提升，以及技術路線的逐漸成熟，未來的動力電池將向著更安全、更長壽、充電速度更快的方向發(fā)展。

　　目前動力電池正極材料技術路線有很多，主要圍繞著磷酸鐵鋰、三元材料、鈷酸鋰、錳酸鋰這四種，那么隨著技術的不斷進步，哪一種正極材料技術路線在動力電池領域更具有競爭力呢？

　　1、磷酸鐵鋰

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

　　磷酸鐵鋰優(yōu)點有很多，但缺點也很明顯，除了低溫下循環(huán)性能極差以外，最主要的缺陷是其導電率和振實密度低，其能量密度只有120-150wh/kg。2016年底國家出臺按能量密度進行動力電池的補貼，這可能會阻礙磷酸鐵鋰動力電池的發(fā)展，但磷酸鐵鋰在電動大巴上的使用具有不可替代性，未來市場空間依舊廣闊。

　　目前采用磷酸鐵鋰的電池廠家有比亞迪、北大先行、深圳沃特碼、合肥國軒等。未來磷酸鐵鋰會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提高倍率容量，或者采用磷酸錳鐵鋰提高電壓，進而提高15-20%的能量密度。

　　2、鈷酸鋰與鎳酸鋰

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

　　但是鈷酸鋰最大的缺點就是質量比容量低，理論極限是274mAh/g，出于結構的穩(wěn)定性考慮，實際應用中只能達到137mAh/g。同時由于地球上鈷元素的儲量比較低，因此導致鈷酸鋰的成本偏高，難以在動力電池領域大規(guī)模普及。

　　與鈷酸鋰相似，理想的鎳酸鋰為α-NaFeO2型六方層狀結構，鎳酸鋰正極材料理論容量為275mAh/g，實際可達180-200mAh/g，平均嵌鋰電位約為3.8V。相對于鈷酸鋰來說，鎳的儲量比鈷大，價格也相對便宜，但是鎳酸鋰合成困難，循環(huán)性能差，純相鎳酸鋰實用性不大。

　　3、錳酸鋰

　　錳酸鋰由于與目前普遍使用的鈷酸鋰、三元材料性質非常接近，其電池生產工藝非常成熟，動力電池生產線與現有生產線基本兼容，特別日韓擬采用18650型電池組合成動力電池模塊的技術思路，使錳酸鋰動力電池生產更容易實現。

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

　　（1）錳酸鋰的體積比能量優(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

　　由于錳酸鋰產品不含碳，因此產品的性能參數穩(wěn)定，一致性好對動力電池生產十分有利。

　　目前日本桑尼，我國中信國安、蘇州星恒等企業(yè)都在研發(fā)生產錳酸鋰動力電池，未來在低速電動車以及續(xù)航里程不高的電動車等領域將有不錯的市場。

　　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。

　　鎳鈷鋁酸鋰（NCA）

　　因為Co和Ni具有相似的電子構型，相似的化學性質，離子尺寸差異也很小，鎳酸鋰和鈷酸鋰可以發(fā)生等價置換形成連續(xù)固溶體并保持層狀的α-NaFeO2結構，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，但其缺點也很明顯，未來發(fā)展趨勢是開發(fā)高鎳低鈷NCA來降低成本提高容量；以及研發(fā)高壓實NCA來提高體積比；另外采用包覆工藝降低NCA對濕度的敏感性。

　　目前美國特斯拉采用的是NCA正極材料動力電池，技術處于領跑地位，日本松下采用NCA和硅碳負極組合制成的18650型電池容量高達3500mAh,循環(huán)壽命2000次以上；種種跡象表明，NCA正極材料在動力電池應用中具有很大的競爭力。

　　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、安全性好、價格低廉的優(yōu)點是毋庸置疑的，但它同樣具有平臺相對較低，首次充放電效率低的缺點。

　　目前采用鎳鈷錳酸鋰（NCM）的主要有韓國LG、浙江微宏動力以及珠海銀隆，在未來，NCM發(fā)展趨勢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題。

　　現階段，國內有些廠家采用三元NCM/鈦酸鋰負極組合的技術路線，避免了碳負極可能存在的鋰枝晶生成所造成安全性和循環(huán)性差的問題。采用此模塊生產的動力電池具有安全性好，充放電倍率高，循環(huán)壽命長（可達5000-10000次）的特點，因而在動力電池領域備受關注。

　　總結

　　政策所趨，未來動力電池行業(yè)市場廣闊，三年內新能源汽車用動力電池市場年平均增長率可達50%左右，但是整個電池行業(yè)競爭激烈，行業(yè)的整合正在持續(xù)進行，動力電池市場需求將進一步向優(yōu)勢企業(yè)集中。

　　而在技術路線方面，目前商用鋰離子動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)勢和缺陷，有自身的應用領域和市場需求。其中電動工具、HEV和電動自行車是LMO的主要應用領域，新能源公共交通大巴、出租車將仍以LFP為主。在未來，動力電池領域最有可能出現的局面將是磷酸鐵鋰和三元材料并駕齊驅。