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 得益于新能源汽車的發(fā)展，動力電池處在高速發(fā)展的風(fēng)口，而新能源汽車的發(fā)展也對動力電池的性能不斷提出更高的要求，《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》中提出，到2020年，新型鋰離子動力電池單體比能量要超過300wh/Kg，到2025年，要實現(xiàn)新體系動力電池單體比能量達(dá)500 wh/Kg。

在政策和市場雙驅(qū)動下，動力電池必然向著高能量密度、高循環(huán)性能、高安全性能等方向發(fā)展，這就需要研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)在正極材料、負(fù)極材料、電解液方面做出改進(jìn)。固態(tài)電池、硅碳負(fù)極、高鎳三元材料和富鋰錳正極等方向被認(rèn)為是企業(yè)近年來發(fā)展的主流技術(shù)路線。

富鋰錳基正極：貴金屬含量少的理想材料

2025年單體電池要達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)是比能量400Wh/kg，開發(fā)更加節(jié)能的新型正極材料來克服和取代現(xiàn)有的存在缺陷的正極材料成為研究的熱點。在已知正極材料中，富鋰錳基正極材料放電比容量達(dá)250毫安時/克以上，幾乎是目前已商業(yè)化正極材料實際容量的兩倍左右;同時這種材料以較便宜的錳元素為主，貴重金屬含量少，與常用的鈷酸鋰和鎳鈷錳三元系正極材料相比，不僅成本低，而且安全性好。因此富鋰錳基正極材料被視為下一代鋰動力電池的理想材料。

包括當(dāng)升科技、江特電機(jī)、中航鋰電在內(nèi)的很多企業(yè)都在加緊研發(fā)富鋰錳基正極材料。中科院物理所改善了富鋰錳基正極循環(huán)的電壓衰減，達(dá)到了100周后電壓衰減降至2%以內(nèi)的指標(biāo)，取得重大進(jìn)展。北京大學(xué)的團(tuán)隊首次研制出比容量400mAh/g的富鋰錳基正極，可以達(dá)到400Wh/kg的目標(biāo)。

目前富鋰錳基正極實現(xiàn)全面應(yīng)用還存在降低首次不可逆容量損失、提高倍率性能和循環(huán)壽命、抑制循環(huán)過程的電壓衰減等技術(shù)問題需解決。

高鎳三元材料：2018 年為發(fā)展元年

根據(jù)起點研究預(yù)測，2018鎳鈷錳的產(chǎn)量將達(dá)47GWh，將比去年上漲32%，而鈷酸鋰的產(chǎn)量將只有19GWh，僅比去年上漲5%。受制于鈷的稀缺和鈷價的連連上漲，電池企業(yè)積極推動三元材料高鎳化，通過降低電池中鈷的占比來降低成本， NCM811 的鈷分子含量僅為 6.06%。

鎳鈷錳材料能量密度高，電化學(xué)性能穩(wěn)定，具備高容量、低成本等優(yōu)勢，未來將逐步替代磷酸鐵鋰和普通三元電池。目前當(dāng)升科技、杉杉股份、貝特瑞等企業(yè)已經(jīng)具備了 NCM811 的量產(chǎn)條件，而2018年被認(rèn)為是高鎳三元材料發(fā)展的元年。

固態(tài)電池：固體材料取代隔膜和電解液

全固態(tài)電池在業(yè)界和學(xué)界被公認(rèn)為是下一步電池發(fā)展的主流方向之一。

一方面，全固態(tài)電池技術(shù)是電池小型化，薄膜化的必經(jīng)之路。隔膜和電解液的體積加起來差不多占了電池體積的40%。如果把隔膜和電解液換成固態(tài)材料，正負(fù)極之間的距離可以縮短到幾微米，電池厚度大大降低。

另一方面，相比一般鋰電池，全固態(tài)電池的能量密度大幅提升，可以達(dá)到300-400Wh/kg，而鋰離子電池一般是100-220Wh/kg。而高安全性也是全固態(tài)電池的發(fā)展的重要驅(qū)動因素之一，從安全的角度來說，傳統(tǒng)鋰電池電解液是有機(jī)液體，在高溫下會氧化分解產(chǎn)生氣體，容易發(fā)生燃燒，極大增加了不安全性，如果以固態(tài)材料替代電解液，電池安全性能極大提升。

目前中科院青島能源所開發(fā)的聚合物固態(tài)電池，能量密度可以達(dá)到300Wh/kg，中科院寧波材料所開發(fā)的無機(jī)固態(tài)鋰電池，能量密度達(dá)到240Wh/kg，此外，該機(jī)構(gòu)正與贛鋒鋰業(yè)合作推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品計劃2019年量產(chǎn)。在行業(yè)內(nèi)，包括豐田、松下、三星、三菱、寧德時代等電池領(lǐng)軍企業(yè)都已經(jīng)投入研發(fā)、展開布局固態(tài)電池。

固態(tài)電池?zé)o疑是未來主流技術(shù)路線之一，不過目前還存在成本偏高、制備工藝復(fù)雜、技術(shù)不夠成熟等問題，電池的倍率性能整體偏低、內(nèi)阻較大、高倍率放電時壓降較大、快充不現(xiàn)實等問題也亟待解決，要實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化還有一段路要走。

硅碳負(fù)極：兩三年將迎來爆發(fā)

硅碳材料是目前具商業(yè)化的高能量密度新型負(fù)極材料，SPIR預(yù)計，硅碳材料行業(yè)即將在2018年下半年開始真正大面積登上鋰電池負(fù)極材料大舞臺，在未來二到三年內(nèi)也必將迎來大爆發(fā)，行業(yè)前景廣闊。

硅碳復(fù)合材料的超高理論能量密度可以顯著提升單體比容量，加上其具有低脫嵌鋰電壓、環(huán)境友好等優(yōu)點，被認(rèn)為是一下代替代石墨的理想負(fù)極材料。隨著新能源汽車的發(fā)展對動力電池的比能量不斷提出更高的要求，未來石墨將逐漸被硅碳負(fù)極材料取代。

截至2017年12月份，國內(nèi)前8負(fù)極材料企業(yè)基本均在加大擴(kuò)張硅碳材料產(chǎn)能，且也有多家跨行業(yè)的新進(jìn)入者涉足布局硅碳負(fù)極材料，其新增產(chǎn)能將于2018-2019年開始陸續(xù)投產(chǎn)。比亞迪、寧德時代、國軒高科、貝特瑞、杉杉股份、力神、比克、萬向等都展開了對硅碳負(fù)極材料的布局。

盡管目前硅碳負(fù)極材料還存在成本高、技術(shù)難度大、配套產(chǎn)業(yè)不完善等問題，但實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的前景依然可期。

原標(biāo)題:實現(xiàn)500 wh/Kg還要多久？鋰電池材料技術(shù)發(fā)展趨勢概述