如今，在電動汽車大發(fā)展的帶領(lǐng)下，動力電池的進步亦是有目共睹?，F(xiàn)如今在市面上的電池主要是兩種，即三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池，此外潛力巨大的固態(tài)電池也被人們越來越重視。

 

國家在大力扶持新能源汽車，僅2017年國家便出臺了16項相關(guān)政策。而新能源汽車也趁著這股順風(fēng)迅猛發(fā)展。市場預(yù)計今年將產(chǎn)銷70萬輛新能源汽車，以此帶動的動力電池需求將進一步放大。但在下游原材料價格暴漲以及上游整車廠價格打壓的雙重壓力下，市場預(yù)計，在短暫的火爆期之后，成本和技術(shù)導(dǎo)向?qū)⒘顒恿﹄姵匦袠I(yè)將進入洗牌期。 

 

新能源汽車的重要瓶頸之一在于電池的續(xù)航里程。在此背景下，國家《促進汽車動力電池發(fā)展行動方案》、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》等紛紛鼓勵高能量密度電池的使用，近期《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2017年修行）》提出解除純電動汽車合資企業(yè)限制以及取消汽車電子和動力電池股比限制，也是促進國內(nèi)新能源汽車市場推廣應(yīng)用高能量密度電池的重要舉措。

 

目前，國內(nèi)新能源汽車大部分在采用磷酸鐵鋰（BYD為主）和三元鋰電池，乘用車續(xù)航里程基本上都能夠達到200公里，但是電池系統(tǒng)平均能量密度水平僅為115 Wh/Kg。

 

2017年3月份，國家工信部等四部委聯(lián)合頒布《促進汽車動力電池發(fā)展行動方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動力申池單體比能量超過300 Wh/Kg；系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/Kg。

 

磷酸鐵鋰

 

磷酸鐵鋰電池采用磷酸鐵鋰（LiFePO4）作為正極材料。

 

磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，因此在零電壓存放時并不會有泄漏，高溫條件下或過充時安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無記憶效應(yīng)，循環(huán)壽命高，缺點為低溫性能差，正極材料振實密度小，能量密度較低，產(chǎn)品的成品率和一致性也飽受質(zhì)疑。

 

磷酸鐵鋰電池所需原材料無需進口，供應(yīng)充足，價格穩(wěn)定，成本相對較低。磷酸鋰電池的循環(huán)壽命要遠遠大于三元鋰電池。

 

缺點：低溫條件下（氣溫低于-10℃以下），磷酸鋰電池衰減得非?？欤?jīng)過不到100次充放電循環(huán)，電池容量將下降到初始容量的20%，基本與寒冷地區(qū)的使用絕緣了。正極材料振實密度小，能量密度較低，產(chǎn)品的成品率和一致性也飽受質(zhì)疑。

 

磷酸鐵鋰電池單體能量密度為140Wh/kg，已經(jīng)接近理論極致170Wh/kg。

 

三元鋰電池

 

三元鋰電池全稱是“三元材料電池”，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2，NCM）或鎳鈷鋁酸鋰（NCA）三元正極材料的鋰電池，把鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為三種不同的成分比例進行不同的調(diào)整，所以稱之為“三元”。

 

優(yōu)點：三元鋰電池的低溫性能優(yōu)異，在-30℃條件下可保持正常電池容量，更適應(yīng)北方低溫地區(qū)的使用條件。三元電池的能量密度180Wh/kg，今后還有很大的提升空間。

 

其標稱電壓可達到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實密度高，續(xù)航里程長，輸出功率較大。

 

缺點：高溫條件下，三元鋰電池的三元材料會在200℃時發(fā)生分解，在高溫作用下極易發(fā)生燃燒或爆炸的現(xiàn)象。

 

從制造成本上來看，三元鋰電池所必需的鈷元素在我國儲量較少，大部分靠海外進口，受到市場波動影響非常大，所以三元鋰電池的成本居高不下。

 

三元鋰電池產(chǎn)品已經(jīng)趨于成熟，美國特斯拉Model系列車型已經(jīng)實現(xiàn)突破，其Model 3即將規(guī)?；N量，進一步論證三元鋰動力電池的可行性。Model 3采用全新21700電池，相比18650電池在外觀上變長變粗，能量密度也提高了20%，單體電池容量可達3~4.8Ah，大幅提升35%。毫無疑問，當(dāng)前三元鋰動力電池已然為主流產(chǎn)品。

 

固態(tài)鋰電池

 

除了現(xiàn)在市場上主流的三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池之外，越發(fā)被人重視的固態(tài)鋰電池則被稱為未來的電池新星。

 

傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)。鋰離子像一個運動員，在搖椅兩端來回奔跑，鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程就完成了。而固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導(dǎo)更大的電流，進而提升電池容量。

 

從技術(shù)潛力角度來看，三元鋰動力電池能量密度提升相對困難，全固態(tài)鋰電池能量密度提升，從理論上講更具可行性。一是全固態(tài)鋰電池電壓平臺提升，固態(tài)電解質(zhì)比有機電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口，有利于進一步提升電池的能量密度；二是固態(tài)電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長，材料應(yīng)用體系范圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。三是全固態(tài)鋰電池當(dāng)前能量密度約400 Wh/Kg，預(yù)估最大潛力值達900 Wh/Kg，有超過100%的提升空間。

 

固態(tài)鋰電池在繼承傳統(tǒng)鋰電池的優(yōu)點基礎(chǔ)上，安全性、能量密度等方面有了大幅進步。目前，目前全固態(tài)鋰電池研發(fā)可提供的能量密度基本可達 300~400Wh/kg，其有望成為作為下一代高能量密度動力和儲能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。

 

總而言之，磷酸鐵鋰技術(shù)路線正在被替代，三元鋰電池技術(shù)路線已經(jīng)成為主流，全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術(shù)路線將逐步替代三元鋰。

 

未來，新能源汽車的健康與規(guī)?；茝V應(yīng)用，很大程度上取決于高安全、高續(xù)航里程的動力電池的支撐力度。當(dāng)前，新能源汽車動力電池技術(shù)進步將受國家政策、外部競爭的雙重壓力驅(qū)動，這就要求現(xiàn)有三元鋰動力電池技術(shù)持續(xù)提升，同時也需要新的鋰離子電池的技術(shù)攻關(guān)和突破，以實現(xiàn)顛覆性的革新。對動力電池企業(yè)說，現(xiàn)在是最好的時期，也是最壞的時期。近日，我國在高鎳正極材料及動力電池單體開發(fā)方面獲重大突破，天津力神電池股份有限公司研發(fā)出一種NCA三元高比能量動力鋰電池，能量密度超過300wh／kg，引發(fā)業(yè)界關(guān)注。根據(jù)國家工信部《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，要求2020年動力電池單體能量密度達到300Wh／kg，成為業(yè)界努力攻關(guān)的目標之一。天津力神高比能量電池研發(fā)的成功，令整個業(yè)界為之一振，也將中國NCA三元電池帶入高能量密度3．0時代。

 

據(jù)電池中國網(wǎng)了解，天津力神在氧化鎳鈷鋁鋰（NCA）正極材料前期研究基礎(chǔ)上，開發(fā)高比能量、長循環(huán)壽命、良好安全性能的鋰離子動力電池用高鎳系正極材料；通過納米制備、納米分散、包覆及預(yù)嵌鋰等多種技術(shù)，研制容量高、首次效率高、循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能好的硅碳負極材料。

 

我國在動力電池方面獲重大突破，研發(fā)出一種NCA三元高比能量動力鋰電池

 

據(jù)悉，天津力神基于該體系開發(fā)了電芯單體的比能量達到302wh／Kg，體積能量密度大于642Wh／L，25℃下1C充放電循環(huán)710次（100％DOD），容量保持率達到80％；同時通過優(yōu)化電解液配方，循環(huán)性能明顯改善，目前循環(huán)285次（100％DOD）容量保持率高達96％。這一工作為開發(fā)出比能量300Wh／kg、循環(huán)壽命1500次的鋰離子電池單體奠定了基礎(chǔ)。