磷酸鐵鋰/三元/固態(tài)鋰：誰是動力電池未來？

　　如今，在電動汽車大發(fā)展的帶領下，動力電池的進步亦是有目共睹?，F(xiàn)如今在市面上的電池主要是兩種，即三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池，此外潛力巨大的固態(tài)電池也被人們越來越重視。

　　2017年1-7批新能源車汽車推薦目錄電池占比分析：

　　國家在大力扶持新能源汽車，僅2017年國家便出臺了16項相關政策。而新能源汽車也趁著這股順風迅猛發(fā)展。市場預計今年將產(chǎn)銷70萬輛新能源汽車，以此帶動的動力電池需求將進一步放大。但在下游原材料價格暴漲以及上游整車廠價格打壓的雙重壓力下，市場預計，在短暫的火爆期之后，成本和技術導向?qū)⒘?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/動力電池">動力電池行業(yè)將進入洗牌期。

　　新能源汽車的重要瓶頸之一在于電池的續(xù)航里程。在此背景下，國家《促進汽車動力電池發(fā)展行動方案》、《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》等紛紛鼓勵高能量密度電池的使用，近期《外商投資產(chǎn)業(yè)指導目錄(2017年修行)》提出解除純電動汽車合資企業(yè)限制以及取消汽車電子和動力電池股比限制，也是促進國內(nèi)新能源汽車市場推廣應用高能量密度電池的重要舉措。

　　目前，國內(nèi)新能源汽車大部分在采用磷酸鐵鋰(BYD為主)和三元鋰電池，乘用車續(xù)航里程基本上都能夠達到200公里，但是電池系統(tǒng)平均能量密度水平僅為115 Wh/Kg。

　　2017年3月份，國家工信部等四部委聯(lián)合頒布《促進汽車動力電池發(fā)展行動方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動力申池單體比能量超過300 Wh/Kg;系統(tǒng)比能量力爭達到260Wh/Kg。

　磷酸鐵鋰

　　磷酸鐵鋰電池采用磷酸鐵鋰(LiFePO4)作為正極材料。

　　磷酸鐵鋰晶體中的P-O鍵穩(wěn)固，因此在零電壓存放時并不會有泄漏，高溫條件下或過充時安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無記憶效應，循環(huán)壽命高，缺點為低溫性能差，正極材料振實密度小，能量密度較低，產(chǎn)品的成品率和一致性也飽受質(zhì)疑。

　　磷酸鐵鋰電池所需原材料無需進口，供應充足，價格穩(wěn)定，成本相對較低。磷酸鋰電池的循環(huán)壽命要遠遠大于三元鋰電池。

　　缺點：低溫條件下(氣溫低于-10℃以下)，磷酸鋰電池衰減得非?？?，經(jīng)過不到100次充放電循環(huán)，電池容量將下降到初始容量的20%，基本與寒冷地區(qū)的使用絕緣了。正極材料振實密度小，能量密度較低，產(chǎn)品的成品率和一致性也飽受質(zhì)疑。

　　磷酸鐵鋰電池單體能量密度為140Wh/kg，已經(jīng)接近理論極致170Wh/kg。

　　三元鋰電池

　　三元鋰電池全稱是“三元材料電池”，一般是指采用鎳鈷錳酸鋰(Li(NiCoMn)O2，NCM)或鎳鈷鋁酸鋰(NCA)三元正極材料的鋰電池，把鎳鹽、鈷鹽、錳鹽作為三種不同的成分比例進行不同的調(diào)整，所以稱之為“三元”。

　　優(yōu)點：三元鋰電池的低溫性能優(yōu)異，在-30℃條件下可保持正常電池容量，更適應北方低溫地區(qū)的使用條件。三元電池的能量密度180Wh/kg，今后還有很大的提升空間。

　　其標稱電壓可達到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實密度高，續(xù)航里程長，輸出功率較大。

　　缺點：高溫條件下，三元鋰電池的三元材料會在200℃時發(fā)生分解，在高溫作用下極易發(fā)生燃燒或爆炸的現(xiàn)象。

　　從制造成本上來看，三元鋰電池所必需的鈷元素在我國儲量較少，大部分靠海外進口，受到市場波動影響非常大，所以三元鋰電池的成本居高不下。

　　三元鋰電池產(chǎn)品已經(jīng)趨于成熟，美國特斯拉Model系列車型已經(jīng)實現(xiàn)突破，其Model 3即將規(guī)模化銷量，進一步論證三元鋰動力電池的可行性。Model 3采用全新21700電池，相比18650電池在外觀上變長變粗，能量密度也提高了20%，單體電池容量可達3~4.8Ah，大幅提升35%。毫無疑問，當前三元鋰動力電池已然為主流產(chǎn)品。

　　固態(tài)鋰電池

　　除了現(xiàn)在市場上主流的三元鋰電池與磷酸鐵鋰電池之外，越發(fā)被人重視的固態(tài)鋰電池則被稱為未來的電池新星。

　　傳統(tǒng)的液態(tài)鋰電池被稱為“搖椅式電池”，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為液態(tài)電解質(zhì)。鋰離子像一個運動員，在搖椅兩端來回奔跑，鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，電池的充放電過程就完成了。而固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結(jié)構(gòu)可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進而提升電池容量。

　　從技術潛力角度來看，三元鋰動力電池能量密度提升相對困難，全固態(tài)鋰電池能量密度提升，從理論上講更具可行性。一是全固態(tài)鋰電池電壓平臺提升，固態(tài)電解質(zhì)比有機電解液普遍具有更寬的電化學窗口，有利于進一步提升電池的能量密度;二是固態(tài)電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長，材料應用體系范圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術奠定基礎。三是全固態(tài)鋰電池當前能量密度約400 Wh/Kg，預估最大潛力值達900 Wh/Kg，有超過100%的提升空間。

　　固態(tài)鋰電池在繼承傳統(tǒng)鋰電池的優(yōu)點基礎上，安全性、能量密度等方面有了大幅進步。目前，目前全固態(tài)鋰電池研發(fā)可提供的能量密度基本可達 300~400Wh/kg，其有望成為作為下一代高能量密度動力和儲能電池技術的重要發(fā)展方向，為學術界和產(chǎn)業(yè)界的共識。

　　總而言之，磷酸鐵鋰技術路線正在被替代，三元鋰電池技術路線已經(jīng)成為主流，全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術路線將逐步替代三元鋰。

　　未來，新能源汽車的健康與規(guī)模化推廣應用，很大程度上取決于高安全、高續(xù)航里程的動力電池的支撐力度。當前，新能源汽車動力電池技術進步將受國家政策、外部競爭的雙重壓力驅(qū)動，這就要求現(xiàn)有三元鋰動力電池技術持續(xù)提升，同時也需要新的鋰離子電池的技術攻關和突破，以實現(xiàn)顛覆性的革新。對動力電池企業(yè)說，現(xiàn)在是最好的時期，也是最壞的時期。