关于动力电池正/负极材料的选择

“更高、更快、更强”是耳熟能详的奥林匹克竞技精神，这句奥林匹克运动的格言由现代奥林匹克运动的发起人顾拜旦提出，阐述了奥林匹克运动不断进取、永不满足的奋斗精神。

切换到电动汽车行业，作为其心脏的动力电池，在电池材料选择与技术攻关等方面，研发新的技术，提供更高的能量密度，实现更远的续航里程，是目前行业面临的一个挑战与研究热点。

据中国汽研中心北京工作部动力电池研究室专家方凯正介绍，新能源汽车产量的增长带动了动力电池配套电池增长，前三季度，动力电池配套总量超过了121亿瓦时，其中纯电动车型的配套量是110亿瓦时，插电混动车型配套量是11亿瓦时。搭乘动力电池行业发展之势，产业研究者也在不断地研究提高动力电池能量密度，实现其“能量密度更高、动力更强、续航更远”发展目标的技术研发之路。

技术路线多样化

湖南杉杉能源科技股份有限公司研究院副院长谭欣欣表示，作为电池领域重要的原材料供应商，杉杉会考虑不断提升电池材料的放电比容量，以及充放电电压，同时会考虑它的功率密度和日历寿命，包括循环、副反应等等。

杉杉能源是杉杉股份的一个子公司，成立于2003年，旗下有湖南杉杉新能源和宁夏杉杉新能源两家子公司。在未来电动汽车续航里程达到400-500公里、电池使用寿命10年甚至更长等方面的挑战之下，湖南杉杉研究院在高性能动力三元材料上会继续展开技术攻关与研发，从而满足下游动力电池厂的需求。

就材料选择而言，高镍三元材料已经成为了行业的热门首选。因为它比磷酸铁锂和低镍三元材料在比能量上具备更大的优势。企业的相关技术研发投入也纷纷跟进。

如果要提升电池能量密度，在甄选择材料时，湖南杉杉研究院谭欣欣院长指出：“一款高性能的动力三元材料，并不是简简单单地突出其中某一个系列或者两个系列，如果说有一个系列做不到，我想绝对不是一款好的正极材料。”

他同时提到了相关四个可能性技术研发路线。第一个是大家最为熟知也是最为普及用到的镍含量提升路线；第二个是中镍高电压开发路线；第三个是高镍高电压开发路线；第四是高电压LCO开发路线。从能量密度角度来讲，随着镍含量的提升，电池整体能量密度会越来越高，电量的提升也会带来提高，同时高电压钴酸锂因为有电压平台和高容量，整体能量密度也会比较高。

然而在大家都在谈高镍容量达到300Wh/kg、甚至400Wh/kg时，谭欣欣也提到，就现状而言，高镍材料，尤其是80%以上镍含量的材料，在今年整个国内市场的占比不到1%，高能量密度正极材料在国内的推广、使用或许还需要一定的时间，而且整个行业需要避免过多的炒作、局部的过热。

正极材料高镍化

工信部装备工业司公布了《汽车动力电池行业规范条件（2017年）》（征求意见稿），拟对2015年发布实施的《汽车动力蓄电池行业规范条件》（以下简称《规范条件》）进行修订。这对动力汽车动力蓄电池企业做优做强，建立产品规范和质量保障体系，加强技术和管理创新，提高产品研发和制造水平，提升产品性能和质量提出了依据。

赛迪顾问投资部总经理吴辉统计，2016年1-10月份，国内动力电池出货量排名前十企业的总出货量就达到了约11390.5MWh。随着纯电驱动汽车产业迅速发展以及动力电池行业的日趋火爆，动力电池的能量密度向着越来越高方向发展，这对正负极电池材料提出更高要求。

就动力电池发展趋势而言，正极材料基本上三大类，负极材料以碳材料为主，硅碳材料、热点材料也都在做研究，其中氧化物是以钛酸锂为主要的材料选择。

“正极材料会逐步过渡到三元材料为主”当升科技总经理陈彦彬认为。在高能量密度三元材料研发方面，当升科技一直走在了行业前列。通过提升镍材料含量，不断提升电池能量密度是一条可行性技术路线。但是采取何种具体的技术路线，比如，先走高镍还是走高电压，就可能会因公司而异了。

陈彦彬解释到：“从整体国际趋势来看，采取的路线都是先走高电耗，然后做高电压。”

如今，高能量密度的正极材料正在日益成为电池行业的发展主流，有消息称，国内产品工艺领先的正极材料生产企业都纷纷开始研究生产高镍三元材料，高镍三元材料的某些类型，比如，622型、811型也陆续开始小批量生产，一些企业已经在下游企业中进行试验应用。而且，622型和811型的容量比分别可达160mAh/g和180mAh/g，较目前的532型和111型都有一定程度的提高。

陈彦彬也提到，高镍化相对于高电压来讲还是首选的方向。高镍材料的终极目标是811型，811型材料也更具发展前途。当升科技做高能量密度走的是高镍化路线，也做一些中高镍的高电压，同时也会从前躯体、烧结、掺杂、表面处理等方面提升电池的寿命和安全性。

要做高镍材料需要解决寿命、存储安全等方面的问题，需要从前躯体、潮解、掺杂、表面各个环节做到最优化。关于高镍化的寿命是否有问题，陈彦彬也表示，当升科技的研发技术能够保证容量在提升20毫安时基础上寿命不会受到影响。

负极材料加大研发

到2025年，动力电池如何实现高能量密度快充？在快充类负极材料领域，贝特瑞一直在研发一款复合形高能量密度的负极材料，通过电池厂和整车厂的紧密合作做到电池能量比300Wh/kg、整车续航里程500公里，贝特瑞技术总监闫慧青如此解答。

闫慧青也表示，贝特瑞在四种负极材料进行了技术开发，即快充石墨负极材料、快充软碳/硬碳的材料、快充硅系列材料、快充碳酸锂的负极材料。

目前，国内电池企业开发的电池基本上还是以磷酸铁锂电池为主，普遍应用在乘用车、专用车、大巴车等。闫慧青说到：“提高磷酸铁锂的能量密度首先要做好负极，我们一直在持续开发负极材料，在做高能量密度的磷酸铁锂电池，从粉体本身的加工学来看，正极、负极或者三元材料，在电池整体的压实密度提升和容量提升方面有异曲同工的技术，所以我们也在开发高能量密度的磷酸铁锂电池，努力把电池容量提上去，把压实密度提上去。尤其是压实密度，因此，我们做了球型的磷酸铁锂。同时，我们把高端的负极材料应用到其中，从而提升整个磷酸铁锂电池的能量密度。”

相比之下，台湾工业技术研究院材料研究部资深研究员吕学隆则认为：“其实，去年已经有电池厂家开始提到用三元材料做参混的做法，第二种就是把磷酸铁锂直接作为一种正极材料的解决方案，提高能量密度。其他学术研究单位，比如哈工大也有包含磷酸钒锂的技术。差别是在于，似乎对于正极材料厂家来说，现阶段对磷酸钒锂的解决方案还没有有效的方法。”

现在对电动汽车整车续航里程要求越来越高了，对于动力电池而言，如果说现在要求它的能量密度提高一倍的话，它的技术难点存在于多个方面。

天津力神电池股份有限公司（简称“力神”）副总工程师苏金然分析到，现在锂离子体系下，达到350瓦时/公斤的确还需要一些努力。现在的NCA、镍材料、硅碳负极材料等方面尚需做一些探讨，但是硅碳负极材料真正用到动力电池上还需要克服一些技术难题，比如它的循环特性、膨胀特性等等。

据预计，到2020年国内锂离子动力电池能量密度将达到350瓦时/公斤。对此，苏金然认为这将对技术的要求非常高，如果单纯地用现在的锂离子电池体系，可能很难达到这个能量密度值。

因此，对一些新的动力电池正极材料、负极材料甚至隔膜材料，应该做一些深入地研究，如果在这些方面没有突破的话，技术水平提升或将收到限制。力神也有专门的团队在做这方面的工作。

从电池材料体系来看，中国电子科技集团公司十八所肖成伟主任表示，电池负极材料基本上以碳为主，正极材料也会有大的变化，包括锰酸锂、钴酸锂等一些材料等。

从整个发展产业趋势来看，希望通过一些不同材料体系选择，来开发产业化能量密度越来越高的混合动力电池，实现在新能源车领域的规模化应用。

但是肖成伟分析到，从现在国家颁布的一些技术发展路线图以及下一步的补贴政策来看，国家还是在向着高比能电池的方向做一些引导。各个电池企业在尽可能提高磷酸铁锂电池能量密度的同时，下一步也会加大力度开发和推广三元电池的一些产品。

动力电池研发技术是影响电动汽车推广应用的一个重要因素。作为动力电池性能的重要指标之一，提高能量密度只是方法之一，整个动力电池产业还需要通过提高功率密度、使用寿命、研发新材料技术等方式，降低成本，提升动力电池的整体性能。