隨著不同技術(shù)路線(xiàn)動(dòng)力鋰電池產(chǎn)品工程化、商業(yè)化發(fā)展，鋰離子動(dòng)力鋰電池技術(shù)正朝著更高的能量密度、循環(huán)壽命等指標(biāo)逐漸進(jìn)步。其中，正極材料采用高鎳三元材料，負(fù)極加入納米硅形成硅碳負(fù)極材料，電解質(zhì)逐漸由液態(tài)發(fā)展為固態(tài)，以實(shí)現(xiàn)更高的鋰離子電池能量密度產(chǎn)品與相關(guān)市場(chǎng)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)化。

1高鎳三元正極材料

1.1技術(shù)原理、優(yōu)缺點(diǎn)

三元材料目前是高能量密度動(dòng)力鋰電池最優(yōu)選擇。高鎳三元短時(shí)間內(nèi)正在成為動(dòng)力鋰電池應(yīng)用主流。三元材料結(jié)合了鎳（提升電池容量）、鈷（提高離子導(dǎo)電性）、錳（穩(wěn)定結(jié)構(gòu)）的性能優(yōu)勢(shì)，是近階段高能量密度、高性能和低成本的主流產(chǎn)品。到2020年，我國(guó)高鎳三元鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化能量密度指標(biāo)是300Wh/kg，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)350Wh/kg。

高鎳三元材料在技術(shù)方面仍存在一定的缺點(diǎn)。一是高鎳三元材料的鎳比例提升，加劇鎳鋰離子混排，降低了放電比容量；二是鎳在脫嵌鋰過(guò)程中相變導(dǎo)致體積變化，降低了材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，進(jìn)而導(dǎo)致循環(huán)壽命下降；三是碳酸鋰等雜質(zhì)在高鎳正極材料上更易形成，高溫環(huán)境會(huì)導(dǎo)致脹氣，雜質(zhì)與電解液發(fā)生副反應(yīng)，最終導(dǎo)致循環(huán)壽命下降，；四是鎳含量的新增出現(xiàn)熱量，使得正極材料熱穩(wěn)定性下降；五是高鎳三元材料表面雜質(zhì)新增，電解液配方優(yōu)化方法目前仍屬難題。

1.2研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化、重要研發(fā)公司

國(guó)際方面，松下、三星SDI、LG化學(xué)等公司高鎳三元電池已經(jīng)實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)（松下鎳鈷鋁三元材料電池配套特斯拉車(chē)型，鎳、鈷、鋁比例為8:1.5:0.5，單體電芯能量密度為300Wh/kg）。

國(guó)內(nèi)方面，目前公司普遍在研發(fā)三元材料622體系、811體系技術(shù)，尚未大規(guī)模量產(chǎn)。寧德時(shí)代、比亞迪、力神、國(guó)軒高科等行業(yè)領(lǐng)先公司在高鎳三元鋰離子電池研發(fā)方面已取得進(jìn)展。比亞迪、中航鋰電、比克電池的正極材料采用高鎳三元材料，負(fù)極材料選用納米硅材料體系,2020年能量密度擬提升到300Wh/kg。寧德時(shí)代高能量密度電芯采用高鎳三元/硅碳材料體系,計(jì)劃2020年達(dá)300Wh/kg。國(guó)軒高科、中電力神、億緯鋰能的高能量密度電芯采用高鎳三元正極和硅基負(fù)極材料體系,計(jì)劃2020年達(dá)300Wh/kg。

2硅碳負(fù)極材料

2.1技術(shù)原理、優(yōu)缺點(diǎn)

納米硅與石墨形成的硅碳負(fù)極材料，能夠有效提升鋰離子電池的克容量，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更高的能量密度。從目前已產(chǎn)品化的硅碳負(fù)極材料性能來(lái)看，相比于石墨負(fù)極材料而言，硅碳負(fù)極材料最大的優(yōu)勢(shì)在于比容量的提升。硅碳負(fù)極材料的最低比容量均都超過(guò)石墨負(fù)極材料的理論比容量。石墨的理論能量密度是372mAh/g，硅負(fù)極的理論能量密度高達(dá)4200mAh/g。

盡管如此，硅碳負(fù)極材料目前仍存在缺點(diǎn)，一是硅體積在充放電的過(guò)程出現(xiàn)體積膨脹100%～300%，一定程度上影響電導(dǎo)率。二是硅為半導(dǎo)體，導(dǎo)電性與石墨存在差距，在鋰離子脫嵌過(guò)程中不可逆程度大，首次庫(kù)倫效率發(fā)生下降。

2.2研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化、重要研發(fā)公司

國(guó)際方面，特斯拉Model3使用硅碳負(fù)極的動(dòng)力鋰電池，電池容量達(dá)到了550mAh/g以上，能量密度達(dá)到300Wh/kg。日本GS湯淺研發(fā)的硅基負(fù)極鋰離子電池，已應(yīng)用于三菱等知名品牌汽車(chē)；日立集團(tuán)麥克賽爾公司已研發(fā)出高容量硅負(fù)極鋰離子電池。

國(guó)內(nèi)方面，寧德時(shí)代、國(guó)軒高科、比亞迪、比克、力神、中航鋰電等公司已經(jīng)在硅碳負(fù)極電池研發(fā)方面取得進(jìn)展。同時(shí)國(guó)內(nèi)負(fù)極材料生產(chǎn)公司均在硅碳負(fù)極領(lǐng)域有所布局，貝特瑞、紫宸等公司已率先推出多款硅碳負(fù)極材料已納入上述動(dòng)力鋰電池研發(fā)體系，杉杉能源已將硅碳負(fù)極材料進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。硅碳新型負(fù)極材料已成為電池和材料公司產(chǎn)品研發(fā)的主攻方向。

3固態(tài)電解質(zhì)

3.1技術(shù)原理、優(yōu)缺點(diǎn)

固態(tài)電池，是一種應(yīng)用固體電極和電解質(zhì)的電池。目前包括全固體鋰離子電池、鋰空氣電池等（金屬鋰與氧進(jìn)行可逆反應(yīng)）。全固態(tài)鋰離子電池是鋰離子電池的一種創(chuàng)新體系。一是電芯中業(yè)態(tài)電解質(zhì)含量逐漸下降，固液混合電解質(zhì)逐步替代液態(tài)電解質(zhì)，并最終發(fā)展成為全固態(tài)電解質(zhì)。電解質(zhì)重要包括兩大類(lèi)，一類(lèi)是有機(jī)聚合物固態(tài)電解質(zhì)，一類(lèi)是無(wú)機(jī)聚合物固態(tài)電解質(zhì)。其中的固態(tài)電解質(zhì)不同于傳統(tǒng)的鋰離子電池業(yè)態(tài)電解質(zhì)，具有高離子電導(dǎo)率、高離子遷移數(shù)、機(jī)械性能好、熱穩(wěn)定性好，具有良好的兼容性。

固體電解質(zhì)相比液態(tài)電解質(zhì)穩(wěn)定性好，電極材料不會(huì)溶解。更多較高電化學(xué)穩(wěn)定性的固體材料電解質(zhì)正在研究，未來(lái)正負(fù)極材料正朝著更高電壓、更大電流容量密度方向發(fā)展。但與此同時(shí)，固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展存在成本較高，阻抗和電導(dǎo)率導(dǎo)致充電倍率偏低，以及電極與電解質(zhì)界面阻抗過(guò)大等缺點(diǎn)。

3.2研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化、重要研發(fā)公司

國(guó)際方面，豐田在固態(tài)電池領(lǐng)域具有較長(zhǎng)的研究歷史，其鋰硫體系電池已在美國(guó)成功申請(qǐng)專(zhuān)利，該體系最大特點(diǎn)在于良好的熱穩(wěn)定性和安全性，成為最具產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的技術(shù)路線(xiàn)。SolidPower公司則采用鋰金屬作為負(fù)極技術(shù)路線(xiàn)，研發(fā)更高能量密度的產(chǎn)品，并于寶馬公司開(kāi)展產(chǎn)業(yè)化合作。此為，三星SDI、現(xiàn)代集團(tuán)、日立集團(tuán)、法國(guó)Bolloré、美國(guó)Sakti3等公司也在固態(tài)電池自主研發(fā)方面取得進(jìn)展，力求早日實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

國(guó)內(nèi)方面，中科院寧波所以鋰金屬負(fù)極和鋰硫體系為方向，研究不同電解質(zhì)體系的高安全性、高倍率性固態(tài)電池。中科院青島能源與過(guò)程研究所提出離子導(dǎo)電聚合物體系，該體系由高分子聚合物和鋰鹽構(gòu)成，該體系對(duì)結(jié)構(gòu)的力學(xué)強(qiáng)度有明顯提升。此外，寧德時(shí)代、中電力神、贛鋒鋰業(yè)、國(guó)能電池等國(guó)內(nèi)公司已開(kāi)展400Wh/kg以上高能量密度固態(tài)電池研發(fā)和制造工藝研究，固態(tài)電池替代當(dāng)前鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展逐漸加快。