锂电材料、单体电池和电池系统技术为代表的动力电池技术发展概况

　　1. 锂电材料技术

　　正负极材料

　　锂电正负极材料体系非常丰富（图2），目前，钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰锂等正极材料研究已趋于成熟。钴酸锂材料比容量有200-210 mA·h/g，其材料真密度和极片压实密度均是现有正极材料中最高的，商用钴酸锂/石墨体系的充电电压可提升4.40 V，已经可满足智能手机和平板电脑对高体积能量密度软包电池的需求［3］。锰酸锂原料成本较低、生产工艺简单、热稳定性高、耐过充性好、放电电压平台高、安全性高。适合作为轻型电动车辆的低成本电池，但存在理论容量比较低，循环过程中可能有锰元素的溶出影响电池在高温环境中的寿命等问题。国内锰酸锂材料主要满足移动电源、电动工具和电动自行车市场的需求，有向低端发展的趋势。NCM三元层状正极材料主要应用于动力型电池，除镍、钴、锰各占1/3 的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2在动力电池中的应用较为成熟外［4］，较高容量的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2也已经进入批量应用，一般与锰酸锂混合应用于电动车辆电池。铝掺杂的锂镍钴氧（NCA）能量密度可接近高电压钴酸锂电池，近几年电动汽车厂商特斯拉将这种电脑电池用于驱动电动汽车，该材料也可以与锰酸锂混合用于制造车用动力电池，国内NCA前驱体已形成稳定产能，少数企业已完成NCA正极材料开发，处于产品推广过程中。磷酸铁锂电池安全性高、寿命长［5］，目前纳米化的功率型材料和高密度的磷酸锰铁锂材料发展速度较快，高能量型和高功率型材料的性能趋于稳定，成本进一步降低，逐步满足了国内市场需求和现阶段中国新能源汽车推广的需要，高电压尖晶石镍锰酸锂和高电压高比容量富锂锰基正极材料仍在研发之中。

　　图2 锂离子电池电极材料体系

　　负极材料

　　可用于动力电池的负极材料有石墨、硬/软碳以及合金材料，石墨是目前广泛应用负极材料，可逆容量已能达到360 mA·h/g。无定形硬碳或软碳可满足电池在较高倍率和较低温度应用的需求，开始走向应用，但主要是与石墨混合应用。钛酸锂负极材料具有最优的倍率性能和循环性能，适用于大电流快充电池，但生产的电池比能量较低且成本较高。纳米硅在20世纪90年代即被提出可用于高容量负极［8］，通过少量纳米硅掺杂来提升碳负极材料容量是目前研发的热点，添加少量纳米硅或硅氧化物的负极材料已开始进入小批量应用阶段，可逆容量达到450 mA·h/g。但因锂嵌入硅后导致其体积膨胀，在实际使用时循环寿命会出现降低的问题有待进一步解决。