鋰離子電池產(chǎn)業(yè)初期，主要服務(wù)于移動電子產(chǎn)品的發(fā)展，例如筆記本電腦、平板電腦、移動智能終端(手機)等。近年來，新能源產(chǎn)業(yè)和電動車產(chǎn)業(yè)迅速崛起，對鋰離子電池的需求急速增長，刺激鋰電產(chǎn)業(yè)加快了發(fā)展速度。因此，鋰離子電池需滿足諸多技術(shù)性能指標(biāo)，才能被產(chǎn)業(yè)認(rèn)可、得到進一步的發(fā)展。這些技術(shù)指標(biāo)中，最基本的有比能量、循環(huán)穩(wěn)定性、比功率、成本、安全性可靠性、耐用性能、生產(chǎn)制造效率、可持續(xù)性等等，指標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︿囯x子電池指標(biāo)的優(yōu)先考慮順序是不同的。與便攜式電子產(chǎn)品中的鋰離子電池相比，儲能與電動車產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的鋰離子電池的最大不同是單體電池的容量增長為十倍甚至幾十倍，同時電池模組的功能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用的復(fù)雜程度顯著提高，這對鋰離子電池的一致性、可靠性提出了更高的要求。

 

基于20多年的研究和工程實踐經(jīng)驗，認(rèn)為鋰離子電池的技術(shù)指標(biāo)中最重要的是比能量和循環(huán)性能，其次是比功率、安全性、可靠性、成本和一致性等性能指標(biāo)。比能量越高，單位能量(Wh)的材料成本就下降;循環(huán)壽命越長，電池的實際使用成本就低。目前移動智能終端用鋰離子電池需要滿足比能量700Wh/L以上、循環(huán)性能200次以上的要求，而電動車用鋰離子電池需要滿足比能量140Wh/kg(磷酸鐵鋰或者錳酸鋰正極材料)或200Wh/kg(層狀氧化物正極材料)以上、循環(huán)性能1500次以上的要求。鋰離子電池正極材料需滿足上述電池指標(biāo)才可能被電池主流市場所接受。而目前鋰離子電池的比能量和循環(huán)性能主要取決于正極材料，因而鋰離子電池正極材料的主要研發(fā)目標(biāo)就是高比能量、長循環(huán)壽命。

 

對于筆記本電腦、平板電腦、移動智能終端用鋰離子電池，體積比能量是最重要的指標(biāo)，當(dāng)然體積比能量高的電池，通常質(zhì)量比能量也會高。因為客戶希望在特定體積的設(shè)備(例如手機)中放進更多的電池能量，目前石墨|鈷酸鋰體系的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化最成熟、同時高體積比能量也最高，其它材料體系的鋰離子電池很難撼動該體系鋰離子電池在移動電子產(chǎn)品行業(yè)的主導(dǎo)地位。安全性、可靠性和一定的循環(huán)性能對該類電池也很重要，由于主要以單體方式應(yīng)用，電池的一致性和成本就不那么重要了。

 

對于電動車用鋰離子電池，盡管其對體積比能量的要求不像便攜式電子產(chǎn)品電池那樣苛刻，但畢竟乘用車的空間有限，車體重量會影響電動車的行駛里程，因此電池的質(zhì)量比能量和體積比能量仍然是非常重要的。除此之外，車用鋰離子電池幾乎對其他所有性能的要求都近乎苛刻，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于便攜式電子產(chǎn)品電池的性能要求。其與便攜式電子產(chǎn)品電池最大的區(qū)別有三個。一是電動車電源需要較高的電壓和電流，需要大量單體電池進行串并聯(lián)組合，這使得電池組實際可以利用的比能量不僅取決于單體電池的比能量，還取決于單體電池的一致性、特別是動態(tài)一致性，動力電池的一致性近年來逐漸得到人們的關(guān)注。二是單體電池的規(guī)模顯著增大，這使得單體電池的價格較高，熱失控造成的危害較為嚴(yán)重，因此市場對電池的安全性和可靠性較為敏感。三是由于電動車需要10-15年的使用壽命，因此對循環(huán)性能的要求很高，一般需要1500次以上。此外，由于電動車需要啟動和加速，因此動力電池對比功率也有一定的要求。

 

隨著電動汽車產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，動力鋰離子電池未來將與便攜式電子產(chǎn)品電池一并成為鋰電產(chǎn)業(yè)的主流產(chǎn)品。比能量和循環(huán)性能是鋰離子電池技術(shù)發(fā)展中永遠(yuǎn)追求的最重要的性能指標(biāo)，隨著安全性、可靠性、比功率和一致性等日益受到關(guān)注，該方面的技術(shù)有望獲得快速發(fā)展。需要說明的是，隨著鋰離子電池逐漸滲入到國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，會有越來越多的非主流的鋰離子電池細(xì)分市場，其對電池的性能指標(biāo)要求比較特殊，不在本文的討論范圍。

 

(2)滿足主流鋰離子電池產(chǎn)業(yè)需求的正極材料

 

當(dāng)前，滿足鋰離子電池主流市場對電池性能要求的正極材料主要有層狀鈷酸鋰LiCoO2材料(LCO)、尖晶石錳酸鋰LiMn2O4材料(LMO)、橄欖石磷酸鐵鋰LiFePO4材料(LFP)、橄欖石磷酸錳鐵鋰LiMn0.8Fe0.2PO4材料(LMFP)、層狀三元材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料(NMC333)、層狀三元材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2(NMC442)、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(NMC532)、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(NMC622)、LiNi0.7Mn0.2Co0.1O2(NMC721)、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)和層狀高鎳材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)等。從產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的角度，上述各材料因具有不同的物理化學(xué)特點，適合于不同應(yīng)用領(lǐng)域的鋰離子電池，因而材料產(chǎn)品的關(guān)鍵性能指標(biāo)也有所差異。