动力锂电池产业"谍报"之技术篇

由于传统锂电池存在安全、寿命、一致性、成本等方面的不足，锂离子动力锂电池作为新能源汽车的核心部件，已成为制约电动汽车发展的关键因素。近十年来，随着美国、日本、韩国、我国、欧洲的一些国家和跨国公司持续投入巨资持续开发，锂离子动力锂电池关键原材料的电化学性能、安全、循环寿命等有了显著提升，成本有了大幅度下降。同时，以日本、韩国为代表的动力锂电池装备技术也取得长足进步。在此基础上，动力锂电池公司通过对高性能电池技术持续开发及制作工艺的持续改善，动力锂电池技术已取得巨大突破，动力锂电池的规模化应用已经成为可能。

以我国为例，工信部2012年公布的《节能和新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》指出，到2015年我国纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力争达到50万辆；到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产量力达200万辆，累计产销量超过500万辆。本文分为三个部分，分别介绍国内外动力锂电池技术发展现状、高能量密度正极材料及动力锂电池未来技术路线展望。国内外电池公司能量型动力锂电池技术发展现状目前量产的锂离子动力锂电池产品能量密度普遍偏低。国外以日本、韩国的公司为例，普遍采用层状镍钴锰三元+尖晶石锰酸锂体系正极材料，单体电池能量密度约160Wh/kg；而国内普遍采用橄榄石型磷酸铁锂为正极材料，单体电池能量密度不超过140Wh/kg。动力锂电池能量密度偏低问题制约了电动汽车的行驶里程，直接阻碍了纯电动汽车的市场推广。国内外重要动力锂电池公司已经量产量量型动力锂电池产品关键指标及配套供货公司见图表1。

高能量密度正极材料介绍

锂电池的能量密度计算方法为：电池能量除以电池重量，而电池能量在数值上等于锂电池放电中值电压和容量的乘积。简言之，锂电池能量密度取决于正极材料能量密度和负极材料能量密度以及它们之间的匹配程度。现有的锂电池负极材料多以石墨为主，高容量石墨的单位容量可达到360mAh/g。相有关石墨，锂电池正极材料的单位容量则少得多，如钴酸锂正极材料为140mAh/g；磷酸铁锂正极材料高些，为160mAh/g，三元正极可达到180mAh/g以上。可以这么说，正极材料单位容量已经成为决定锂电池能量密度的重要因素。由前述锂电池能量密度的计算方法可知，通过采用高容量正极或高电压正极，可显著提升单体电池能量密度。目前正在开发的高能量密度正极材料信息见图表2。

动力锂电池未来技术路线展望

根据2011年NEDO公布消息，日本政府已集合多所大学及公司进行高能量密度电池的研究，计划到2020年达到250Wh/kg(可支持电动汽车行驶300公里)，2030年达到500Wh/kg(可替代传统燃油汽车的水平)。当前，我国较好的磷酸铁锂电池能量密度可以达到130Wh/kg，能够支持行驶130公里。高比能正、负极材料开发是未来动力锂电池比能量大幅度提升的重要途径。我国部分电池公司正进行下一代电池的研发，采用三元材料和改性锰酸锂等，预计2015年上半年量产动力锂电池能量密度可达180Wh/kg，不额外新增电池数量情况下可支持续驶里程达到200公里。技术路线上，按照未来动力锂电池的能量密度高低来划分，可分为以下几类，具体见图表3。

小结随着高能量密度正极材料研发和批量化制造技术的成熟，加上逐步完善的锂电池制造工艺技术，动力锂电池的能量密度和一致性有望得到大幅度提高。未来几年内，高能量密度锂电池在电动汽车领域应用规模必将呈几何数量级上升。高能量密度动力锂电池安全性差的问题，则有望通过陶瓷涂层隔膜、阻燃电解液等技术手段来改善。电动汽车安全性可通过改进电源管理系统技术来实现保障。