“只有保證材料的安全可靠，才能做出安全穩(wěn)定的動(dòng)力電池及電動(dòng)汽車(chē)?！北本┊?dāng)升材料科技股份有限公司董事、總經(jīng)理李建忠一語(yǔ)道出了動(dòng)力電池材料的重要性。

伴隨著新能源汽車(chē)的發(fā)展，動(dòng)力電池材料研發(fā)技術(shù)不斷獲得突破，新型電池材料、新型高性能電池產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。當(dāng)前高比能材料研究進(jìn)展如何？未來(lái)動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)又是什么？

高鎳三元材料仍是主流

目前，新能源汽車(chē)主要采用的是鋰離子電池，主要由正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液四部分組成，其中，正極材料是提升電池性能的關(guān)鍵，根據(jù)使用材料不同，分為鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰（NCM）和鎳鈷鋁酸鋰（NCA）六種。NCM、NCA就是俗稱(chēng)的三元鋰電池。

由于鈦酸鋰電池和錳酸鋰電池能量密度相對(duì)較低，鈷酸鋰電池安全性較差，因此，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池脫穎而出，分別在新能源乘用車(chē)市場(chǎng)及客車(chē)市場(chǎng)躋身主流地位。

業(yè)內(nèi)人士指出，國(guó)內(nèi)研發(fā)的主要是NCM電池，NCA電池則主要由日韓企業(yè)生產(chǎn)?！皬哪壳暗牟牧蟻?lái)看，三元鋰電池從原來(lái)的333、523、622一路發(fā)展到現(xiàn)在的811，不斷更新升級(jí)。”李建忠說(shuō)。

李建忠提到的幾個(gè)數(shù)字，指的是電池正極材料中鎳鈷錳的比例，“811”電池就是鎳鈷錳按8:1:1的比例進(jìn)行搭配的三元鋰電池。

鎳含量越高，動(dòng)力電池能量密度可上升的空間就越大?！案哝嚾牧先允侵髁髭厔?shì)，NCM811鎳含量最高已經(jīng)達(dá)到88%。”李建忠介紹說(shuō)，“通過(guò)提升鎳的比重，不僅能實(shí)現(xiàn)電池能量密度提升，還減少了鈷的使用，一定程度上緩解了材料價(jià)格上漲帶來(lái)的成本壓力?！贝送?，“811”電池還可有效解決電池輕量化問(wèn)題，在節(jié)省空間等方面優(yōu)于普通三元電池。

億緯鋰能股份有限公司技術(shù)部總監(jiān)何巍表示，能量密度更高、成本更低的鋰離子電池將是車(chē)企的核心需求，對(duì)于500公里以上續(xù)航能力需求，持續(xù)看好三元高能量密度材料；對(duì)于350公里以下的續(xù)航能力需求，在中、短期看好磷酸鐵鋰電池。

電池?zé)岱€(wěn)定性持續(xù)提升

作為電動(dòng)汽車(chē)的“心臟”，動(dòng)力電池及材料的安全性始終是各方關(guān)注的焦點(diǎn)。

對(duì)三元電池而言，鎳含量不斷提高，用于穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的鈷和錳含量相應(yīng)降低，電池的穩(wěn)定性也會(huì)大打折扣。對(duì)此，李建忠表示，三元材料電池仍有很多技術(shù)解決方案有待驗(yàn)證，但伴隨著技術(shù)迭代，動(dòng)力電池材料在設(shè)計(jì)、工藝改進(jìn)、工藝摻雜和處理等方面均有了明顯提升，熱穩(wěn)定性也有較大改善，“811”電池放熱峰值已達(dá)到220-230℃。

記者了解到，對(duì)正極材料改性是提高電池材料熱穩(wěn)定性的有效措施。常用的改性方法有兩種，一種是表面包覆，減少活性材料與電解液之間的反應(yīng)，同時(shí)減少正極材料過(guò)充中釋放的氧氣，起到穩(wěn)定基體材料的作用；另一種是摻雜改性，目的在于提高材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而改善材料循環(huán)性能。目前，比克電池、力神電池、鵬輝能源、遠(yuǎn)東福斯特等動(dòng)力電池企業(yè)都在積極研發(fā)三元材料，在包覆、摻雜等環(huán)節(jié)提出解決方案，開(kāi)發(fā)容量高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全性能好的動(dòng)力電池用正負(fù)極材料。

李建忠指出，對(duì)于動(dòng)力電池而言，安全是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，并非只取決于材料的某個(gè)方面性能。材料、電池設(shè)計(jì)及制備等各個(gè)環(huán)節(jié)，都與動(dòng)力電池的安全性能緊密相關(guān)，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)了問(wèn)題，都可能給動(dòng)力電池帶來(lái)安全隱患。

新型電池產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)

在汽車(chē)“新四化”背景下，里程焦慮、安全焦慮和成本焦慮倒逼動(dòng)力電池及產(chǎn)業(yè)鏈的企業(yè)在現(xiàn)有材料體系的基礎(chǔ)上不斷探尋新的方向。固態(tài)電池和燃料電池就是其中的代表。

近日，工信部發(fā)布的《新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（征求意見(jiàn)稿）顯示，“實(shí)施電池技術(shù)突破行動(dòng)，開(kāi)展正負(fù)極材料、電解液、隔膜等關(guān)鍵核心技術(shù)研究，加強(qiáng)高強(qiáng)度、輕量化、高安全、低成本、長(zhǎng)壽命的動(dòng)力電池和燃料電池系統(tǒng)短板技術(shù)攻關(guān)，加快固態(tài)動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”，被列為“新能源汽車(chē)核心技術(shù)攻關(guān)工程”。

“氫燃料電池系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，如電堆、催化劑、膜電極、雙極板、密封材料等，我國(guó)目前已能夠?qū)崿F(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但規(guī)?；⑴可a(chǎn)的產(chǎn)業(yè)鏈還未完全形成，成本較高?！鼻迦A大學(xué)教授李建秋道出了燃料電池的發(fā)展現(xiàn)狀。業(yè)內(nèi)專(zhuān)家指出，氫燃料電池更適合長(zhǎng)途大型高速重載車(chē)輛（重型卡車(chē)、物流車(chē)、公交車(chē)等），將主要替代柴油機(jī)。

固態(tài)電池兼顧安全性和續(xù)航里程優(yōu)勢(shì)，正在受到國(guó)內(nèi)外企業(yè)的熱捧：贛鋒鋰業(yè)年產(chǎn)億瓦時(shí)級(jí)固態(tài)鋰電池中試生產(chǎn)線(xiàn)已正式投產(chǎn)、蔚來(lái)與輝能科技合作打造固態(tài)電池包樣車(chē)、美國(guó)能源部撥款用于固態(tài)電池的研發(fā)工作……專(zhuān)家表示，固態(tài)電池并非十全十美，仍有一些關(guān)鍵問(wèn)題有待突破，如倍率性能偏低、充電速度慢、電解質(zhì)材料缺乏等。

記者注意到，市面上動(dòng)力電池的新產(chǎn)品還有無(wú)鈷電池、四元電池等等。對(duì)于未來(lái)動(dòng)力電池新材料、新技術(shù)的發(fā)展，何巍表示，從產(chǎn)業(yè)化角度來(lái)看，動(dòng)力電池新材料、新技術(shù)有兩個(gè)評(píng)價(jià)維度，首先是技術(shù)成熟度，具備好的技術(shù)方向和技術(shù)成熟度的產(chǎn)品，才有產(chǎn)業(yè)化推廣價(jià)值；其次是應(yīng)用價(jià)值，如高鎳材料或NCA，已經(jīng)在電單車(chē)、電動(dòng)工具等方面擁有近10年的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，成熟后再應(yīng)用到新能源汽車(chē)上。任何技術(shù)的發(fā)展都要循序漸進(jìn)、腳踏實(shí)地。