磷酸鐵鋰/三元/固態(tài)鋰：誰(shuí)是動(dòng)力電池未來(lái)？

　　如今，在電動(dòng)汽車(chē)大發(fā)展的帶領(lǐng)下，動(dòng)力電池的進(jìn)步亦是有目共睹?，F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(lái)越重視。

　　2017年1-7批新能源車(chē)汽車(chē)推薦目錄電池占比分析：

　　國家在大力扶持新能源汽車(chē)，僅2017年國家便出臺了16項相關(guān)政策。而新能源汽車(chē)也趁著(zhù)這股順風(fēng)迅猛發(fā)展。市場(chǎng)預計今年將產(chǎn)銷(xiāo)70萬(wàn)輛新能源汽車(chē)，以此帶動(dòng)的動(dòng)力電池需求將進(jìn)一步放大。但在下游原材料價(jià)格暴漲以及上游整車(chē)廠(chǎng)價(jià)格打壓的雙重壓力下，市場(chǎng)預計，在短暫的火爆期之后，成本和技術(shù)導向將令動(dòng)力電池行業(yè)將進(jìn)入洗牌期。

　　新能源汽車(chē)的重要瓶頸之一在于電池的續航里程。在此背景下，國家《促進(jìn)汽車(chē)動(dòng)力電池發(fā)展行動(dòng)方案》、《節能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)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(dòng)汽車(chē)合資企業(yè)限制以及取消汽車(chē)電子和動(dòng)力電池股比限制，也是促進(jìn)國內新能源汽車(chē)市場(chǎng)推廣應用高能量密度電池的重要舉措。

　　目前，國內新能源汽車(chē)大部分在采用磷酸鐵鋰(BYD為主)和三元鋰電池，乘用車(chē)續航里程基本上都能夠達到200公里，但是電池系統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(jìn)汽車(chē)動(dòng)力電池發(fā)展行動(dòng)方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動(dòng)力申池單體比能量超過(guò)300 Wh/Kg;系統比能量力爭達到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鍵穩固，因此在零電壓存放時(shí)并不會(huì )有泄漏，高溫條件下或過(guò)充時(shí)安全性非常高，可快速充電，高放電功率，無(wú)記憶效應，循環(huán)壽命高，缺點(diǎn)為低溫性能差，正極材料振實(shí)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(wú)需進(jìn)口，供應充足，價(jià)格穩定，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(diǎn)：低溫條件下(氣溫低于-10℃以下)，磷酸鋰電池衰減得非?？?，經(jīng)過(guò)不到100次充放電循環(huán)，電池容量將下降到初始容量的20%，基本與寒冷地區的使用絕緣了。正極材料振實(shí)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(chēng)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(jìn)行不同的調整，所以稱(chēng)之為“三元”。

　　優(yōu)點(diǎn)：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(chēng)電壓可達到3.6-3.8V，能量密度比較高，電壓平臺高，振實(shí)密度高，續航里程長(cháng)，輸出功率較大。

　　缺點(diǎn)：高溫條件下，三元鋰電池的三元材料會(huì )在200℃時(shí)發(fā)生分解，在高溫作用下極易發(fā)生燃燒或爆炸的現象。

　　從制造成本上來(lái)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(jìn)口，受到市場(chǎng)波動(dòng)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(chē)型已經(jīng)實(shí)現突破，其Model 3即將規?；N(xiāo)量，進(jìn)一步論證三元鋰動(dòng)力電池的可行性。Model 3采用全新21700電池，相比18650電池在外觀(guān)上變長(cháng)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(wú)疑問(wèn)，當前三元鋰動(dòng)力電池已然為主流產(chǎn)品。

　　固態(tài)鋰電池

　　除了現在市場(chǎng)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(chēng)為未來(lái)的電池新星。

　　傳統的液態(tài)鋰電池被稱(chēng)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(gè)運動(dòng)員，在搖椅兩端來(lái)回奔跑，鋰離子從正極到負極再到正極的運動(dòng)過(guò)程中，電池的充放電過(guò)程就完成了。而固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，具有的密度以及結構可以讓更多帶電離子聚集在一端，傳導更大的電流，進(jìn)而提升電池容量。

　　從技術(shù)潛力角度來(lái)看，三元鋰動(dòng)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(xué)窗口，有利于進(jìn)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(cháng)，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(shù)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(guò)100%的提升空間。

　　固態(tài)鋰電池在繼承傳統鋰電池的優(yōu)點(diǎn)基礎上，安全性、能量密度等方面有了大幅進(jìn)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(dòng)力和儲能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。

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

　　未來(lái)，新能源汽車(chē)的健康與規?；茝V應用，很大程度上取決于高安全、高續航里程的動(dòng)力電池的支撐力度。當前，新能源汽車(chē)動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步將受?chē)艺?、外部競爭的雙重壓力驅動(dòng)，這就要求現有三元鋰動(dòng)力電池技術(shù)持續提升，同時(shí)也需要新的鋰離子電池的技術(shù)攻關(guān)和突破，以實(shí)現顛覆性的革新。對動(dòng)力電池企業(yè)說(shuō)，現在是最好的時(shí)期，也是最壞的時(shí)期。