鉅大LARGE | 點擊量：1114次 | 2021年12月07日
動力鋰離子電池正極材料之爭 誰將笑到最后？
新能源汽車是汽車發展的方向，動力鋰離子電池是新能源汽車的心臟，其技術水平及產業發展對電動汽車的規模化使用意義重大。隨著動力鋰離子電池產業聚集度的提升，以及技術路線的逐漸成熟，將來的動力鋰離子電池將向著更安全、更長壽、充電速度更快的方向發展。
目前動力鋰離子電池正極材料技術路線有很多，緊要圍繞著磷酸鐵鋰、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鋰離子電池范疇更具有競爭力呢？
1、磷酸鐵鋰
磷酸鐵鋰由于安全性好，循環壽命長，原材料資源豐富，不造成環境污染而在我國得到了以bYD為首的眾多動力鋰離子電池廠家的追捧。我國磷酸鐵鋰技術路線的成功是國外主流動力鋰離子電池廠家始料未及的。
磷酸鐵鋰優勢有很多，但缺點也很分明，除了低溫下循環性能極差以外，最緊要的缺陷是其導電率和振實密度低，其能量密度惟有120-150wh/kg。2016年底國家出臺按能量密度進行動力鋰離子電池的補貼，這可能會妨礙磷酸鐵鋰動力鋰離子電池的發展，但磷酸鐵鋰在電動大巴上的使用具有不可替代性，將來市場空間依舊廣闊。
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%
目前采用磷酸鐵鋰的電池廠家有比亞迪、北大先驅、深圳沃特碼、合肥國軒等。將來磷酸鐵鋰會朝著提高能量密度的方向發展，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化使用的鋰離子電池正極材料，第一代商業化使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模使用。
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，出于結構的穩定性考慮，實際使用中只能達到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，難以在動力鋰離子電池范疇大規模普及。
與鈷酸鋰相近，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，均勻嵌鋰電位約為3.8V。相有關鈷酸鋰來說，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，其電池加工工藝非常成熟，動力鋰離子電池加工線與現有加工線基本兼容，特別日韓擬采用18650型電池包合成動力鋰離子電池模塊的技術思路，使錳酸鋰動力鋰離子電池加工更容易實現。
錳酸鋰最大的缺點就是高溫循環性能較差，但相較于磷酸鐵鋰，它也有著自己神奇的優點。
（1）錳酸鋰的體積比能量優于磷酸鐵鋰
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定，一致性好對動力鋰離子電池加工十分有利。
目前日本桑尼，我國中信國安、蘇州星恒等公司都在研發加工錳酸鋰動力鋰離子電池，將來在低速電動汽車以及續航里程不高的電動汽車等范疇將有不錯的市場。
4、三元材料
三元材料緊要有鎳鈷鋁酸鋰（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具有相近的電子構型，相近的化學性質，離子尺寸差異也很小，鎳酸鋰和鈷酸鋰可以發生等價置換形成繼續固溶體并保持層狀的α-NaFeO2結構，為了得到更加穩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，但其缺點也很分明，將來發展趨勢是開發高鎳低鈷NCA來降低成本提高容量；以及研發高壓實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正極材料動力鋰離子電池，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,循環壽命2000次以上；種種跡象聲明，NCA正極材料在動力鋰離子電池使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、循環壽命長、安全性好、價格低廉的優勢是毋庸置疑的，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）的緊要有韓國LG、浙江微宏動力以及珠海銀隆，在將來，NCM發展趨勢緊要是制造低鈷層狀三元材料，緊要原由是鈷是稀缺資源，減少用量可降低成本；另一個方向就是發展高鎳層狀三元材料，雖然高鎳體系合成難度大，易發生鋰鎳混排，但是鎳含量的新增可以顯著提高克容量，高鎳體系是動力鋰離子電池的理想材料之一。除此之外，NCM同樣要留意材料吸水的問題。
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，戒備了碳負極可能存在的鋰枝晶生成所造成安全性和循環性差的問題。采用此模塊加工的動力鋰離子電池具有安全性好，充放電倍率高，循環壽命長（可達5000-10000次）的特點，因而在動力鋰離子電池范疇備受關注。
總結
政策所趨，將來動力鋰離子電池行業市場廣闊，三年內新能源汽車用動力鋰離子電池市場年均勻上升率可達50%左右，但是整個電池行業競爭猛烈，行業的整合正在繼續進行，動力鋰離子電池市場需求將進一步向優點公司聚集。
而在技術路線方面，目前商用鋰離子動力鋰離子電池正極材料緊要有錳酸鋰(LMO)、磷酸鐵鋰(LFP)、三元材料(NMC)，每種材料都有自己的優點和缺陷，有自身的使用范疇和市場需求。其中電動工具、HEV和電動自行車是LMO的緊要使用范疇，新能源公共交通大巴、出租車將仍以LFP為主。在將來，動力鋰離子電池范疇最有可能出現的局面將是磷酸鐵鋰和三元材料并駕齊驅。
