鉅大LARGE | 點擊量：2107次 | 2018年12月20日
動力鋰電池現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢
全球新能源汽車這幾年進入了高速增長的快車道，也在整個行業(yè)發(fā)展中，呈現(xiàn)了爆發(fā)式增長。而新能源汽車所用的動力電池主要是動力鋰電池，而鋰電池中最核心、成本占比最高的材料是正極材料，正極材料主要以磷酸鐵鋰和三元材料為主，且三元材料的占比越來越大。動力鋰電池需求旺盛，正極材料成為關鍵原材料，以下江門長優(yōu)實業(yè)總結(jié)了動力電池正極材料現(xiàn)狀及未來發(fā)展的幾個特點。
動力電池正極材料目前市場具有的三個特點。
動力電池正極材料體系多元化。目前市場上的動力電池正極材料主要有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷二元材料體系，不同的材料體系各有特點，有著各自的應用領域和市場需求。
錳酸鋰由于其穩(wěn)定性和較低的成本優(yōu)勢也得到了廣泛的應用，在取代鉛酸電池和低速物流車等領域占有較大份額。但是其主要缺點是較差的循環(huán)性能，原因是在Li脫出的過程中其層狀結(jié)構(gòu)有變?yōu)榧饩Y(jié)構(gòu)的趨勢和循環(huán)過程中Mn的溶解的不利影響。
磷酸鐵鋰是目前市場上較常用的動力電池材料。其主要缺點是較低的電位和較差的離子導電性，但這種材料擁有良好的熱穩(wěn)定性和功率性能，因此在商用車、專用車等領域占據(jù)一定地位。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷二元材料是近年來在動力市場占比提升。其擁有成本低、安全性好、電池壽命長等優(yōu)點，基于對體積比能量的不斷追求，越來越多的電動物流車和乘用車都選用這類材料。
動力電池正極材料需求的個性化。新能源汽車市場發(fā)展初期，廠商對動力電池及材料的要求都各有不同。汽車廠商重點考慮電池管理系統(tǒng)配套和應用環(huán)境的差異，對電池性能要求也存在較大差異，部分廠家對電池的高溫循環(huán)要求較為苛刻、部分廠家更為關注低溫循環(huán)壽命，還有部分廠家更關注快充性能等方面。
動力電池正極材料市場多變化。2016年三元電池的“遭遇”可謂跌宕起伏，時而被否定，時而受追捧。新的補貼首次在產(chǎn)品技術要求上提出以電池能量密度作為參考指標，三元材料得以“解禁”。在更高能量密度的發(fā)展方向上，高鎳三元材料無疑會成為今后一段時間研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的熱點。
新能源電動汽車的快速發(fā)展對動力鋰電池的性能提出了更高要求?！豆?jié)能與新能源汽車規(guī)劃（2012-2020）》中提出，到2020年，動力電池能量密度提高到300Wh/kg以上。而目前使用的磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料動力電池均達不到要求。這就需要開發(fā)更高能量密度的正極材料，未來可能的材料有正硅酸鹽復合正極材料、層狀富鋰錳基材料、硫基正極材料等。
正硅酸鹽復合正極材料
正硅酸鹽是一種新型的正極材料，其在理論上可以允許2個Li的交換，因此具有較高的理論比容量，比容量高達300mAh/g以上，已經(jīng)有研究者制備出在45±5條件下放電比容量高達340mAh/g的Li2MSiO4材料[10]。此外，Si-O鍵使得該材料具有良好的安全性能。Li2MSiO4高的理論比容量和優(yōu)異的安全性等優(yōu)點，使其在動力鋰電池領域具有很大的發(fā)展前途。
Li2MSiO4由于其理論的高容量受到廣泛的關注，但是還有大量的工作需要做。雖然Li2MSiO4從理論上可以釋放出2個Li，但由于釋放出第2個Li的電壓較高，所以實際比容量只有150mAh/g左右。另外，Li2MSiO4具有電子導電率和離子擴散速率低等缺點，也限制了其商業(yè)化。目前常用的解決方法是將材料合成為納米材料、進行摻雜、進行碳包覆等，但仍需進行深入研究。
層狀富鋰錳基材料
層狀富鋰錳基復合正極材料理論上具有接近300mAh/g的放電比容量、同時還兼具原材料價格廉價的優(yōu)點，是當前最有可能使動力電池能量密度達到300Wh/kg的正極材料體系。目前，國內(nèi)外對層狀富鋰錳基固溶體材料的開發(fā)還處于試驗階段，對材料的復雜結(jié)構(gòu)和獨特電化學性能等正在深入研究，尋求適合工業(yè)化生產(chǎn)的合成方法。已有研究者制備出高性能的層狀富鋰錳基固溶體材料，在2.5～4.8V下，以0.2C放電，容量達271.5mAh/g，100次循環(huán)后仍高達214.6mAh/g，在高倍率（20C）下放電，首次放電容量仍可達到155.4mAh/g，具有較高的容量和較好的倍率性能。我國“863”計劃項目對富鋰錳基固溶體材料電池的開發(fā)的支持目標為：比能量密度>260Wh/kg、循環(huán)100周容量保持率>80%。國內(nèi)如當升科技研究出的富鋰錳基固溶體材料0.1C容量達250mAh/g以上，通過特定的包覆工藝改善了材料的循環(huán)性能，并降低了首次不可逆容量損失，目前正在進一步研究。
硫基正極材料
隨著電動汽車對動力電池提出更高要求，當前的鋰離子電池由于理論比容量的限制很難達到要求。而以硫為正極的鋰硫電池，能量密度理論上高達2600Wh/kg，是現(xiàn)有動力電池的10倍以上，有望顯著提高電動汽車的續(xù)航里程。此外硫還具有價格低廉、儲量豐富、無毒等優(yōu)點，是優(yōu)良的儲能材料，在減少化石燃料的使用以及減輕溫室效應等方面將有非常光明的前景。因此，硫基材料受到了廣泛的關注。
單質(zhì)硫是目前比容量最高的正極材料，其理論質(zhì)量比容量高達1675mAh/g。但是，單質(zhì)硫的室溫電子電導率低（5.0×10?30S/cm，25），為電子絕緣體，不能單獨作為正極。其充放電過程中體積會發(fā)生膨脹，放電過程中產(chǎn)生的多硫離子會溶解發(fā)生擴散遷移，這些都制約了硫基材料的進一步發(fā)展應用。
目前，已經(jīng)規(guī)?；瘧玫膭恿︿囯娬龢O材料，在國內(nèi)以磷酸鐵鋰為主，在國外以錳酸鋰和三元材料為主，這3種材料在各自應用領域都有相應的優(yōu)勢。磷酸鐵鋰和錳酸鋰材料在基礎研究方面已經(jīng)沒有較大技術突破，其能量密度和各種主要技術指標已接近應用極限。而三元材料由于具有高能量密度、長循環(huán)壽命、較高的可靠性與一致性以及適中的成本等優(yōu)點，已成為動力鋰電正極材料的主流，并將持續(xù)提升動力電池的能量密度。
隨著我國新能源汽車進入爆發(fā)式增長階段，作為動力鋰電池核心的正極材料，將迎來巨大的發(fā)展機遇。作為動力電池正極材料生產(chǎn)單位的江門長優(yōu)實業(yè)也表示今后也會積極配合動力電池企業(yè)發(fā)展，并在今后的發(fā)展中會努力的提升自己。
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