鉅大LARGE | 點擊量：645次 | 2021年08月08日
動力鋰離子電池技術展望
近年來在我國新能源產業政策的推動下，新能源產業迎來了高速發展期，作為新能源汽車核心部件的動力鋰離子電池產業也迎來了屬于自己的高光時刻，涌現了包括寧德時代、比亞迪等在內的一大批具有國際競爭力的領先動力鋰離子電池公司，而寧德時代更是擊敗了行業巨頭松下公司，成為全球出貨第一的動力鋰離子電池廠商。可以說過去的十年是我國動力鋰離子電池行業輝煌的十年，那么下個十年我國動力鋰離子電池行業將何去何從？
（來源：公眾號“新能源Leader”ID：newenergy-leader作者：新能源Leader）
眾所周知，鋰離子電池最早由日本實現商業化，因此長期以來日本在全球鋰離子電池的商業版圖中占據緊要的位置，例如日本的松下、湯淺等都是全球著名的鋰離子電池加工商，其中松下公司借助特斯拉的東風更是一舉坐上全球出貨量第一的寶座，雖然近年來雙方的關系并不和諧，但是特斯拉短時間內依然無法擺脫松下的影響。不僅如此，作為老牌的鋰離子電池強國，日本在鋰電技術儲備上也絕對可以傲視群雄，NCA材料就是由日本開發，成為目前唯一能夠與三元NCM材料抗衡的材料，相關研究聲明NCA材料循環壽命、過渡金屬元素溶解方面相有關NCM材料還具有一定的優點。近年來隨著動力鋰離子電池能量密度的繼續提升，容量較高的NCA材料也逐漸引起了動力鋰離子電池廠商的重視，而NCA材料加工技術目前緊要掌握在日本產商手中，例如住友化學、日本化學和戶田化學等都是全球緊要的NCA材料供應商，韓國廠商Ecopro和GSEM也有少量產品在銷售，雖然近年來國內原材料廠商也在NCA材料上開始發力，但是在一些技術指標和相關專利上，相較于日本還有較大的差距。
韓國在鋰離子電池技術上緊跟日本步伐，也涌現了例如三星SDI、SKInnovation、LGChem在內的國際領先的動力鋰離子電池廠商，依據韓國市場調研機構SNEResearch近日公布的數據，在2020年第一季度LG化學在全球動力市場的占有率從10.7%躍升至27.1%，超越松下和寧德時代，首次成為全球最大的動力鋰離子電池廠商，三星SDI則憑借著6%的全球市場占有率排名第4，SKInnovation則憑借著4.5%的市場占有率排名第7，韓國動力鋰離子電池正在以歐美市場為陣地，發力全球動力鋰離子電池市場。
我國動力鋰離子電池市場則在新能源汽車產業政策的扶持下實現了快速發展，涌現了寧德時代、比亞迪等具有代表性的動力鋰離子電池廠商，寧德時代雖然在2020年第一季度出貨量被LG反超，但是在此之前寧德時代已經繼續三年穩居全球動力鋰離子電池出貨量第一的寶座，占據我國動力鋰離子電池市場的半數份額，而在今年二月份寧德時代拿下了特斯拉的“大單”，重回全球出貨量第一寶座之日可待。
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充電溫度：0~45℃
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-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
目前全球動力鋰離子電池市場基本形成了中、日、韓三足鼎立的格局，其中我國是全球最具生機的動力鋰離子電池市場，2017年我國市場動力鋰離子電池產量達到了88.7GWh，年化上升率達到了29.3%，其中動力鋰離子電池為44.5GWh，超越了傳統的3C消費電子，成為鋰離子電池市場的主力。
隨著動力鋰離子電池市場的快速發展，傳統的LCO材料正在逐漸被三元正極材料所取代，包括特斯拉在內的眾多新能源汽車廠商為了更長的續航里程，紛紛采用了三元體系的動力鋰離子電池，其中特斯拉采用的就是由日本松下供應的NCA體系的18650電池和21700電池。
三元材料之所以被稱之為三元材料緊要是因為其中過渡金屬元素緊要由三種，目前主流的三元材料緊要有兩類：LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)和LiNixCoyAl1-x-yO2(NCA)，三元材料的容量隨著鎳含量的新增而提高，NCM622材料的比容量可以達到170mAh/g左右，NCM811材料的比容量則可以達到190mAh/g以上，遠高于傳統的LCO材料，同時三元材料中的Co含量大幅降低，使得材料的價格顯著降低，同時三元材料相比于LCO材料還具有更好的循環壽命，這些優點使得三元材料在動力鋰離子電池范疇迅速站穩了腳跟。目前三元材料的發展趨勢緊要有以下幾點：
1.高鎳化
這一點不難理解，三元材料的比容量隨著Ni含量的提升而提升，為了獲得更高的容量，提升Ni含量是最有效的方法，目前NCM811的技術已經相比較較成熟，材料的比容量可達190mAh/g以上，為了進一步提升材料的比容量，廣大材料廠家正在開發Ni含量達到0.9，甚至更高的三元體系材料。
2.單晶材料
高鎳三元材料雖然容量很高，但是高鎳三元材料的晶體結構穩定性較差，特別是在高電壓下容易發生析氧反應，引起材料的表面相變，單晶化是處理這一問題的有效辦法，單晶材料能夠有效的提升材料自身的結構穩定性，同時較小的比表面積也能夠減少界面副反應的發生，從而顯著的提升材料的循環性能。
歐美等國家現階段在鋰離子電池技術已經處于下風，短時間內追趕無望，所以歐美瞄準了下一代鋰離子電池技術。全固態電池是目前研究最多，也得到最多認可的下一代鋰離子電池技術，固態電解質替代傳統的液態有機電解質，能夠在一定程度上處理傳統鋰離子電池安全性較差的問題。目前固態電解質基本上可以分為三大類
1.聚合物電解質
以PEO為代表的聚合物電解質是人們最早開發的固態電解質，聚合物電解質具有良好的塑性，因此比較容易處理固態電解質存在的界面接觸問題，因此也得到了最多的關注，但是聚合物電解質本身常溫電導率較低，一般要加熱到60℃以上使用，同時聚合物電解質抗氧化性較差，因此無法匹配高電壓正極啊材料，這也導致了聚合物電解質的使用受到了很大的限制。
2.無機氧化物電解質
無機氧化物電解質，例如LLZO等材料相比于傳統的聚合物電解質具有很好的常溫電導率，同時氧化物電解質在高電壓下的穩定性也更好，因此也得到了廣泛的關注，但是氧化物電解質與電極的界面接觸較差，為了解決界面接觸問題，高溫燒結是常見的辦法，但是這可能會引起正極材料的分析，同時也大大新增了工藝的復雜性，同時氧化物固態電解質高昂的價格也限制了其大規模的使用。
3.硫化物電解質
硫化物電解質突出特點是其電導率高，在室溫下的電導率與傳統的碳酸酯類業態電解質持平，因此硫化物固態電解質也被寄予厚望，但是硫化物電解質也存在固態電解質的通病——界面接觸差，采用硫化物電解質的電池往往要施加巨大的壓力才能正常的工作，同時硫化物電解質在空氣中水分用途下會發生分析，釋放H2S有毒氣體，因此硫化物固態電解質有關加工環境的要求極高，這也導致了成本的升高。
經過多年的技術發展，動力鋰離子電池的市場已經超越了3C消費電子類鋰離子電池，三元材料也取代了傳統的LCO材料成為動力鋰離子電池主流的正極材料，更高的能量密度是將來動力鋰離子電池發展的緊要方向，為了滿足這一目標，高鎳化、單晶化是將來正極材料發展的緊要趨勢，而在下一代電池技術上，固態電池是目前最為成熟的技術，整體上來看聚合物電解質良好的出產性能和低廉的價格是將來較有希望的一種固態電解質。
