【第一電動(dòng)網(wǎng)】（專欄作家 老張）2015年2月16日，科技部發(fā)布了《國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案(征求意見稿)》,其中明確要求了2015年底轎車動(dòng)力電池能量密度要達(dá)到200Wh/kg。一時(shí)間，讓無數(shù)人將目光投向了三元材料。

在鋰離子電池當(dāng)中，由于正負(fù)極容量的差異，正極材料往往是影響電池能量密度的瓶頸所在。因此，采用不同正極材料的鋰離子電池之間，其特性也存在著或多或少的區(qū)別。常見的正極材料有四種，分別是片裝的鈷酸鋰和鎳酸鋰；尖晶石結(jié)構(gòu)的錳酸鋰；橄欖石結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰；以及三元材料。

那么到底什么是三元材料？顧名思義，三元材料，就是三種電極材料共融而成的復(fù)合電極材料。理論上兼具每種電極材料的特性和優(yōu)勢(shì)。目前最常見的是NCA和NCM。

NCA指的是鎳鈷鋁酸鋰（）三元材料。它源自于鎳酸鋰（）材料的發(fā)現(xiàn)。這種電池容量較高，相應(yīng)的穩(wěn)定性較差，此時(shí)，摻雜了一些鋁，以穩(wěn)定其結(jié)構(gòu)。常見的分子式為（）。嚴(yán)格意義上說，NCA可能并不屬于三元材料，而改性的二元材料。特斯拉Model S上使用的就是這種電池。

NCM是目前最主流的三元材料，也被認(rèn)為是未來的發(fā)展趨勢(shì)。NCM指的是鎳鈷錳酸鋰（）三元材料。通過調(diào)配鎳、鈷、錳三者的比例，得到不同的電極特性。

目前國內(nèi)的路線仍以磷酸鐵鋰為主。磷酸鐵鋰有較好的循環(huán)穩(wěn)定性能，成本也比較低。其理論能量密度大概在160Wh/kg。目前，比亞迪的單體電池，能量密度已經(jīng)達(dá)到了130Wh/kg。幾乎到達(dá)了能量密度的天花板。當(dāng)然研究工作者在對(duì)進(jìn)一步提高磷酸鐵鋰電池的性能做著許多的工作。比如摻雜一元或者多元的離子之后，獲得了更高的容量，1C放電比容量超過120mAh/g。但是要注意到提高比能量不一定能同比提高電池的能量密度，另外材料的穩(wěn)定性、安全性、材料成本、加工工藝的復(fù)雜化等一些列的問題，也仍待解決。因此，這些振奮人心的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，要想變成產(chǎn)品參數(shù)，仍有相當(dāng)長的一段路要走。

鋰酸鐵鋰的先天不足，使更多的企業(yè)開始注意三元材料。大部分磷酸鐵鋰的生產(chǎn)廠家，都開始關(guān)注三元材料的開發(fā)。其中一些（如天津力神、中航鋰電）已經(jīng)開始批量的三元材料鋰電池的生產(chǎn)。

三元材料對(duì)比鋰電池，到底有什么優(yōu)勢(shì)。從下表看看各種正極材料的能量密度參數(shù)。

從表上看，三元材料的理論比容量和能量密度的理論值要比磷酸鐵鋰樂觀得多。目前實(shí)際的產(chǎn)品參數(shù)又如何呢？美國JCS生產(chǎn)的NCA/C的45Ah電池，比能量密度在151mAh/kg，確實(shí)高于磷酸鐵鋰，但是離2015年的目標(biāo)仍有不小的距離。同時(shí)，由于國內(nèi)三元材料的起步較晚，與國外的技術(shù)水平有不小的差距。同時(shí)，規(guī)避知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘也是要考慮的問題。

論述了三元材料和磷酸鐵鋰的若干參數(shù)之后，筆者談一下自己的觀點(diǎn)：

對(duì)于高能量高性能的追求，是技術(shù)發(fā)展的必然方向。即使國家不頒布《征求意見稿》，三元材料也是2015年電極材料的重要方向。磷酸鐵鋰、鈷酸鋰在未來已經(jīng)不能給我們什么驚喜，除了生產(chǎn)，也沒有太多的“故事”可講。因此，不論是企業(yè)、高校、研究機(jī)構(gòu)、還是金融機(jī)構(gòu)，為各自利益，把資源投向三元材料是必然的事情。

松下三元電池

僅對(duì)于市場而言，比起增加的續(xù)航里程來說，更關(guān)心的電動(dòng)車可能是使用了三元材料之后，車是不是更貴了，電池使用壽命是不是更短了，是不是更不安全了。因?yàn)樘岣?span>30%甚至50%的續(xù)航里程，對(duì)目前國內(nèi)的消費(fèi)者需求來說，仍然是不夠的。性能不是唯一，鉛酸電池就是最好的例子，因?yàn)樗銐虮阋?，足夠穩(wěn)定，雖然能量密度很差，循環(huán)壽命也不高，但是扔穩(wěn)穩(wěn)坐定二次電池的霸主地位。三元材料在充分市場化之后，勢(shì)必對(duì)磷酸鐵鋰電池的市場份額造成影響，但筆者認(rèn)為兩者技術(shù)會(huì)長期同時(shí)存在。隨著未來應(yīng)用市場的細(xì)化，各種技術(shù)“各司其職”，在各自的領(lǐng)域開疆辟土。

目前來講，如果和燃油車相比，沒有任何一種電池技術(shù)能真正滿足動(dòng)力電池的技術(shù)要求。三元材料即使達(dá)到了2015年的政策目標(biāo)之后，又將如何？未來再寄希望于石墨烯材料還是富鋰高錳層狀材料？技術(shù)的發(fā)展永無止境，但是技術(shù)的進(jìn)步需要充足的時(shí)間。我不否認(rèn)某項(xiàng)技術(shù)的重大突破可能引發(fā)一場技術(shù)革命，但是我們不能寄希望于此。技術(shù)的發(fā)展在，用“謀事在人，成事在天”這句古話來形容再貼切不過了。既要有主觀的決心，又要對(duì)客觀規(guī)律有充分的尊重。當(dāng)有人問，三元材料能不能達(dá)到市場的需求時(shí)，我只能說，走著瞧了。

隨著各種電極材料技術(shù)走向瓶頸期，筆者臆斷：鋰離子動(dòng)力電池的生命將走向終結(jié)。如果解決電動(dòng)車問題，要寄希望于新的電化學(xué)體系、新的電池技術(shù)出現(xiàn)。那么問題是，是先有了技術(shù)再發(fā)展電動(dòng)車，還是有了電動(dòng)車之后再去開發(fā)電池技術(shù)？這是一個(gè)無解的問題。但是在有市場催化效應(yīng)存在的時(shí)候，肯定是件好事。在風(fēng)口豬未必真能飛起來，但是順風(fēng)的鳥肯定會(huì)更輕松一些，但別飛過頭了。豐田公司是非常值得學(xué)習(xí)的一個(gè)技術(shù)開發(fā)案例。基于鎳氫電池的混合動(dòng)力技術(shù)營造了電動(dòng)車的市場神話，同時(shí)潛心研究FCV技術(shù)，并于2015年投放市場。這說明新技術(shù)開發(fā)成功與否，并不是一兩篇論文、一兩個(gè)專利能解決的。需要對(duì)市場有充分地認(rèn)識(shí)，同時(shí)需要有足夠的資源來維持。比如國內(nèi)一些開發(fā)新電池體系中小型企業(yè)卻因?yàn)樯鎲栴}，紛紛轉(zhuǎn)型。如何解決“想做”、“會(huì)做”、“能做”、“堅(jiān)持做”的問題，可能是我們優(yōu)先于技術(shù)本身更要考慮的問題。

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁 >