中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：由于傳統(tǒng)鋰離子電池存在安全、壽命、一致性、成本等方面的不足，鋰離子動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心部件，已成為制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。
近十年來，隨著美國(guó)、日本、韓國(guó)、中國(guó)、歐洲的一些國(guó)家和跨國(guó)公司持續(xù)投入巨資持續(xù)開發(fā)，鋰離子動(dòng)力電池關(guān)鍵原材料的電化學(xué)性能、安全、循環(huán)壽命等有了顯著提升，成本有了大幅度下降。同時(shí)，以日本、韓國(guó)為代表的動(dòng)力電池裝備技術(shù)也取得長(zhǎng)足進(jìn)步。在此基礎(chǔ)上，動(dòng)力電池企業(yè)通過對(duì)高性能電池技術(shù)持續(xù)開發(fā)及制作工藝的持續(xù)改善，動(dòng)力電池技術(shù)已取得巨大突破，動(dòng)力電池的規(guī)?；瘧?yīng)用已經(jīng)成為可能。
以我國(guó)為例，工信部2012年發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》指出，到2015年我國(guó)純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量力爭(zhēng)達(dá)到50萬輛；到2020年，純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200萬輛，累計(jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛。
本文分為三個(gè)部分，分別介紹國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、高能量密度正極材料及動(dòng)力電池未來技術(shù)路線展望。
國(guó)內(nèi)外電池公司能量型動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
目前量產(chǎn)的鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)品能量密度普遍偏低。國(guó)外以日本、韓國(guó)的企業(yè)為例，普遍采用層狀鎳鈷錳三元+尖晶石錳酸鋰體系正極材料，單體電池能量密度約160Wh/kg；而國(guó)內(nèi)普遍采用橄欖石型磷酸鐵鋰為正極材料，單體電池能量密度不超過140Wh/kg。動(dòng)力電池能量密度偏低問題制約了電動(dòng)汽車的行駛里程，直接阻礙了純電動(dòng)汽車的市場(chǎng)推廣。國(guó)內(nèi)外主要?jiǎng)恿﹄姵仄髽I(yè)已經(jīng)量產(chǎn)能量型動(dòng)力電池產(chǎn)品關(guān)鍵指標(biāo)及配套供貨企業(yè)見圖表1。
鋰離子電池的能量密度計(jì)算方法為：電池能量除以電池重量，而電池能量在數(shù)值上等于鋰電池放電中值電壓和容量的乘積。簡(jiǎn)言之，鋰離子電池能量密度取決于正極材料能量密度和負(fù)極材料能量密度以及它們之間的匹配程度。
現(xiàn)有的鋰離子電池負(fù)極材料多以石墨為主，高容量石墨的單位容量可達(dá)到360mAh/g。相對(duì)于石墨，鋰電池正極材料的單位容量則少得多，如鈷酸鋰正極材料為140mAh/g；磷酸鐵鋰正極材料高些，為160mAh/g，三元正極可達(dá)到180mAh/g以上?？梢赃@么說，正極材料單位容量已經(jīng)成為決定鋰離子電池能量密度的主要因素。
由前述鋰離子電池能量密度的計(jì)算方法可知，通過采用高容量正極或高電壓正極，可顯著提升單體電池能量密度。目前正在開發(fā)的高能量密度正極材料信息見圖表2。
根據(jù)2011年NEDO公布消息，日本政府已集合多所大學(xué)及企業(yè)進(jìn)行高能量密度電池的研究，計(jì)劃到2020 年達(dá)到250Wh/kg(可支持電動(dòng)車行駛300 公里)，2030 年達(dá)到 500Wh/kg(可替代傳統(tǒng)燃油汽車的水平)。當(dāng)前，我國(guó)較好的磷酸鐵鋰電池能量密度可以達(dá)到 130Wh/kg，能夠支持行駛130 公里。高比能正、負(fù)極材料開發(fā)是未來動(dòng)力電池比能量大幅度提升的主要途徑。我國(guó)部分電池企業(yè)正進(jìn)行下一代電池的研發(fā)，采用三元材料與改性錳酸鋰等，預(yù)計(jì)2015年上半年量產(chǎn)動(dòng)力電池能量密度可達(dá)180Wh/kg，不額外增加電池?cái)?shù)量情況下可支持續(xù)駛里程達(dá)到 200 公里。技術(shù)路線上，按照未來動(dòng)力電池的能量密度高低來劃分，可分為以下幾類，具體見圖表3。
小結(jié)
隨著高能量密度正極材料研發(fā)與批量化制造技術(shù)的成熟，加上逐步完善的鋰離子電池制造工藝技術(shù)，動(dòng)力電池的能量密度和一致性有望得到大幅度提高。未來幾年內(nèi)，高能量密度鋰離子電池在電動(dòng)汽車領(lǐng)域應(yīng)用規(guī)模必將呈幾何數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)。高能量密度動(dòng)力電池安全性差的問題，則有望通過陶瓷涂層隔膜、阻燃電解液等技術(shù)手段來改善。電動(dòng)汽車安全性可通過改進(jìn)電源管理系統(tǒng)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)保障。
