【能源人都在看，點擊右上角加“關注”】
導讀：動力電池正極材料體系主要包括三類，分別是三元材料、磷酸鐵鋰材料、錳酸鋰材料。
新能源汽車行業作為我國“十三五”重點發展的戰略性新興產業，是國家堅定支持的戰略方向。在國家產業政策的支持下，新能源汽車產品不斷豐富、配套設施不斷完善。
根據中汽協統計數據，2011年至2017年，我國新能源汽車銷量年平均複合增長率達到113.7%。
2018年，我國新能源汽車產銷分別完成127萬輛和125.6萬輛，比上年同期分別增長59.9%和61.7%，連續多年位居世界第一。
此外，在全球“電動化”背景的推動下，隨著我國各項政策在新能源汽車領域的不斷完善，新能源汽車增長空間巨大。預計到2021年，中國新能源汽車產量有望達到286萬輛。
在此背景下，動力電池材料的研究，依然是業內專家最關心的話題。
目前，動力電池正極材料體系主要包括三類，分別是三元材料、磷酸鐵鋰材料、錳酸鋰材料。
從國內材料體系來看，目前三元材料佔大多數。從國際材料體系來看，NSC、NCM材料佔大多數。
三元材料包括鎳鈷錳（NMC）與鎳鈷鋁（NCA），目前單體能量密度在280Wh/kg，在組合電池（PACK）領域可以超過160Wh/kg。
磷酸鐵鋰材料目前單體能量密度超過180Wh/kg，目前系統能量密度可以做到145Wh/kg左右。
錳酸鋰材料目前能量密度較低、循環性能較差，單體能量密度在123mAh/g左右。不過，從主流來看，不管是國內還是國外，錳酸鋰材料能量密度逐漸有所提升。
1
三元鋰電池作為動力電池，尤其是乘用車領域的主要電池類型，相比與磷酸鐵鋰電池，擁有更高的比能量和比功率，更符合乘用車需求。
鎳錳鈷作為最成功的鋰離子體系之一的陰極組合，與錳酸鋰類似，可以定製用作能量電池或功率電池。
NMC是電動自行車與其他電動動力系統的首選電池，是一種獨特的混合物，由於鈷含量降低，也降低了原材料成本。陰極組合通常為三分之一鎳、三分之一錳和三分之一鈷，也被稱為1-1-1。
由於鈷的高成本，電池製造商從鈷系轉向鎳陰極。鎳基系統比鈷基電池具有更高的能量密度，更低的成本和更長的循環壽命，但是它們的電壓略低。新型電解質和添加劑可以使單隻電池充電至4.4V以上，從而提高電量。
隨著鎳元素含量的升高，三元正極材料的比容量也開始逐漸升高，電芯的能量密度也隨之提高。
所以，在正極材料NCM電池中，按照三者含量不同，NCM材料可分為NCM111、NCM523、NCM622、NCM811等，其後面的數字代表的就是三者的比例。
在對續航里程要求越來越高的需求下，電池的比能量需要也越來越高，再加上作為稀有金屬的鈷價格不斷的上漲，高鎳體系的NCM811或將成為未來重要的發展方向。
NCA中鎳鈷鋁的常見配比為8:1.5:0.5，鋁的含量最少，因此可以理解它接近二元材料，以Al（過渡金屬）代替錳，是將鎳鈷錳酸鋰通過離子摻雜和表面包覆進行改性，離子摻雜可以增強材料的穩定性，提高材料的循環性能。但是在製作過程中，由於Al為兩性金屬，不易沉澱，因此NCA材料製作工藝上存在門檻。
NCA電池在國內還未大量生產，高鎳材料荷電狀態下的熱穩定性較差，導致電池的安全性下降，使得電池生產企業和終端產品用戶對NCA電池的安全性心存顧慮，需要從電芯設計、電源系統設計、電源使用等環節進行系統可靠的安全設計。
NCA要求電池生產全過程控制溼度在10%以下，而其他材料目前只需注液工序對溼度進行嚴格控制，這對國內企業形成了比較大的挑戰。
此外，NCA電池充放電過程存在嚴重的產氣，會導致電池鼓脹變形，循環及擱置壽命下降，電池存在安全隱患，所以通常採用耐壓的圓柱電池殼製作NCA電池，降低了產氣量以控制電池鼓脹變形問題。
NCA和NCM811性能上比較接近，但在價格上NCM811略微便宜。且NCA體系電池也並非盡善盡美，如果要進一步提升能量密度，需要在21700基礎上不斷地做大體積，這對電池安全管理提出了更大的挑戰。
NCM與NCA都是高鎳的三元鋰電池，最大的優勢就是比能量高，能夠為車輛提高更加充足的電量。
從能量需求來看，NCA電池更有優勢，不過從製造工藝、成本、以及目前技術條件等綜合來考慮，國內電池企業當下主要還是集中在生產NCM。
2
在蔚來、特斯拉等新能源電動汽車先後自燃帶來的恐慌下，磷酸鐵鋰電池以其安全性能較高，有望捲土重來的態勢。
8月初，工信部發布的《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄(2019年第7批)》指出，磷酸鐵鋰電池配套237款車型，佔比達67%；三元電池配套64款，佔比18%。
目前，磷酸鐵鋰已到了單晶化與納米化，在實驗室可做到比容量為160mAh/g以上，具有非常好的循環穩定性。
磷酸鐵鋰的熱失控溫度普遍在500度以上，而三元鋰電池則低於300度，一些高鎳三元鋰電池更是低至200度。
眾所周知，磷酸鐵鋰電池曾是比亞迪祕密武器。近日，比亞迪宣佈將在2020年推出全新一代鐵鋰電池。比亞迪重拾曾經的研發技術，也許正是看到了這一點。
此外，比亞迪曾表示磷酸鐵鋰單體能量密度165Wh/kg，系統能量密度140Wh/kg。未來兩年規劃單體能量密度提升至180Wh/kg以上，相比之前提升9%。系統能量密度提升至160Wh/kg。
磷酸鐵鋰電池最大的優點在於安全性和成本，但是最大的缺點是能量密度比較低，續航里程比較短。
磷酸鐵鋰電池技術的進步，將有可能打破其原有續航里程的瓶頸，除了安全性能外，還在兩方面優勢比較明顯。
一是循環充電次數達到3500次，幾乎三元鋰電池2000次的2倍，這將大大降低用戶更換電池成本。
二是電池製造無需貴金屬材料，尤其是不會用稀有金屬鈷，這讓其製造成本相當低廉，將大大降低用戶購車成本，這在新能源車補貼取消後至關重要。
如今比亞迪宣佈全新一代的磷酸鐵鋰電池即將面市，那麼比亞迪或許在今後自己的純電動汽車上會重新使用磷酸鐵鋰電池。
2019年，磷酸鐵鋰電池電芯的市場報價已降至0.7元/Wh以下，三元電池電芯的報價則在0.9元/Wh左右，兩者差距開始擴大。
今年國家新能源汽車補貼政策發佈後，行業毛利承壓。乘用車領域取消地方補貼，總體的退坡幅度約為60%-67%。考慮到磷酸鐵鋰的安全性以及長循環性帶來的經濟性，補貼退坡下磷酸鐵鋰需求將邊際回暖。
在行業發展層面來看，磷酸鐵鋰電池憑藉高安全、低成本的優勢，將在客車、專用車、乘用車等新能源汽車及儲能市場得到更廣泛的應用。二
3
2017年，中國電動自行車對鋰離子電池的需求總量為4GWh，其中，對三元電池與錳酸鋰電池的需求佔比分別為40％、60％。
2018年，在新能源汽車補貼退坡與市場化推廣雙重作用下，錳酸鋰的價格優勢表現較為明顯，國內錳酸鋰產量達5.4萬噸，同比增長31%。
目前，電動自行車對鋰電池的需求主要集中在錳酸鋰電池、三元電池或是兩類電池摻雜使用。
未來電動自行車市場鋰電池或將取代鉛酸電池、鎳氫電池等是大勢所趨，而錳酸鋰電池憑藉其性能、價格多重優勢容易佔取先機。
由於目前電動自行車市場保有量巨大，在新國標正式實施後，電動自行車對鋰離子電池的需求將會逐年增長，預計在2021年達到20GWh。
此外，錳酸鋰電池在電動自行車中的應用比例也會逐年增加，到2021年，錳酸鋰電池的應用比例或將達到80％。
免責聲明：以上內容轉載自世紀儲能網，所發內容不代表本平臺立場。
全國能源信息平臺聯繫電話：010-65367827，郵箱：[email protected]，地址：北京市朝陽區金臺西路2號人民日報社
"