国家能源局分析锂离子动力电池关键材料发展现状及趋势

　　随着全球经济不断发展，能源危机逐步加深、环保意识不断增强，作为新能源及环保低碳的动力电池产业得到迅猛发展，太阳能网，而锂离子电池凭借其优异的性能、成熟的技术成为众多动力电池的主流发展方向。锂离子电池主要由正极、负极、电解液、隔膜构成，依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作，具有反复充电的能力，随着材料种类、性能技术不断突破和生产成本的有效控制，锂离子电池质轻、续航里程长、适用范围广、能量密度高、输出功率高的优势将逐步得到体现，被作为主要的动力电池发展，是当今新能源车动力电池的主要类型。

　　一、锂离子电池正极材料

　　目前国内外产业化应用的锂离子动力电池正极材料有磷酸铁锂、锰酸锂、钴酸锂、三元（镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂）、镍酸锂材料；主要生产企业有湖南杉杉新材料有限公司、湖南瑞翔新材料股份有限公司、北大先行科技产业有限公司、北京当升材料科技股份有限公司、天津巴莫科技股份有限公司、宁波金和新材料股份有限公司、深圳市天骄科技有限公司等。

　　1.主要的正极材料

　　钴酸锂的容量可达到140mAh/g，质量轻、体积小、充放电电压平稳、电导率高、生产工艺简单；制备方法有高温固相法、溶胶-凝胶法、沉淀法、喷雾干燥法、水热合成法；但高的原材料价格、差的热稳定性及严重的污染问题限制其在电动车上的应用。

　　镍酸锂容量达到190～210mAh/g，环境污染小、自放电率低，合成方法有高温固相法、溶胶-凝胶法；但热稳定性差、容量衰减快。

　　锰酸锂资源丰富、成本较低、安全性好，有尖晶石和层状结构，比能量在80～120Wh/kg，循环寿命1 500次左右。尖晶石锰酸锂的三维隧道结构更有利用锂离子的嵌入与脱出，成本较低、性能稳定，生产工艺技术较成熟，太阳能电池板，易实现工业化生产，但容量衰减快、高温循环性能较差；层状锰酸锂容量高，能达到250mA•h/g，但循序性能差、高温下不稳定，容量衰减问题较严重，工业化生产较难实现。

　　磷酸铁锂是橄榄石型结构，比能量可达到100～120Wh/kg，循环寿命长达2 000次，有较好的热稳定性和安全性且原材料丰富，而且制造成本低、循环寿命长，在目前的电动汽车中应用较多。但其较低的比能量、比功率限制了在大型纯电动车的应用，目前正在向纳米化和高密度的磷酸铁锂能量型方向发展，以满足新能源汽车尤其是客车和专用车辆的需要。

　　镍钴锰、镍钴铝三元材料是目前比较有发展前景的正极材料，较好地利用了锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂的优势同时在一定程度上弥补了3种材料各自的不足之处，三元材料的性能较平衡，能量密度和容量都较高，容量能达到180～190mAh/g，循环性能好，能达到2 000次，续航能力强，价格相对便宜；但安全性和低温性能较差，合成困难、充放电效率较低。

　　2.正极材料的研发

　　镍钴锰、镍钴铝三元材料的研发主要是提升材料的体积比能量、提高低温性能、改善电池的安全性；通过调整材料的组成比例实现性能的调控。为了继续提升电池的能量密度，正极材料将向硅酸盐复合材料、层状富锂锰基材料、硫基材料发展；向更高嵌锂容量且性能良好锂脱嵌的可逆性材料方向发展。材料结构研究倾向于层状结构和尖晶石结构。

　　3.正极材料的发展趋势

　　（1）材料改性

　　稳定电极材料表面结构的稳定性，主要通过石墨烯改性、表面改性，达到提高材料的电导率、高温循环性能，降低材料容量衰减的效果。

　　（2）离子掺杂

　　离子掺杂主要是将金属元素铝（Al）、铬（Cr）、镁（Mg）在氧位掺杂到过渡金属和非金属元素中，将导电性好的金属离子掺杂到正极材料中，太阳能网，改善锂离子扩散速率、导电率、电化学性能，提高稳定性，需深入研究掺杂改性的具体作用机理，以便更好地利用掺杂提高材料性能。

　　（3）材料纳米化

　　通过减少正极材料的颗粒尺寸，缩短扩散路径，提高扩散速率，太阳能门户，同时增加材料的比表面积，增加更多扩散通道，加速反应，提高正极材料的脱嵌速率和比功率，改善电化学活性。

　　（4）复合正极材料

　　随着锂离子动力电池要求的不断提升，选择性能互补的正极材料进行复合的趋势逐渐明显，如硫/石墨烯复合正极材料、关键点在如何充分发挥各种复合材料的性能优势。

　　二、锂离子电池负极材料