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近年來在中國新能源產(chǎn)業(yè)政策的推動(dòng)下，新能源產(chǎn)業(yè)迎來了高速發(fā)展期，作為新能源汽車核心部件的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)也迎來了屬于自己的高光時(shí)刻，涌現(xiàn)了包括寧德時(shí)代、比亞迪等在內(nèi)的一大批具有國際競爭力的領(lǐng)先動(dòng)力電池企業(yè)，而寧德時(shí)代更是擊敗了行業(yè)巨頭松下公司，成為全球出貨第一的動(dòng)力電池廠商?？梢哉f過去的十年是中國動(dòng)力電池行業(yè)輝煌的十年，那么下個(gè)十年中國動(dòng)力電池行業(yè)將何去何從？
（來源：公眾號(hào)“新能源Leader”ID：newenergy-leader 作者：新能源Leader）
眾所周知，鋰離子電池最早由日本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，因此長期以來日本在全球鋰離子電池的商業(yè)版圖中占據(jù)重要的位置，例如日本的松下、湯淺等都是全球著名的鋰離子電池生產(chǎn)商，其中松下公司借助特斯拉的東風(fēng)更是一舉坐上全球出貨量第一的寶座，雖然近年來雙方的關(guān)系并不融洽，但是特斯拉短時(shí)間內(nèi)仍然無法擺脫松下的影響。不僅如此，作為老牌的鋰離子電池強(qiáng)國，日本在鋰電技術(shù)儲(chǔ)備上也絕對(duì)可以傲視群雄，NCA材料就是由日本開發(fā)，成為目前唯一能夠與三元NCM材料抗衡的材料，相關(guān)研究表明NCA材料循環(huán)壽命、過渡金屬元素溶解方面相對(duì)于NCM材料還具有一定的優(yōu)勢(shì)。近年來隨著動(dòng)力電池能量密度的持續(xù)提升，容量較高的NCA材料也逐漸引起了動(dòng)力電池廠商的重視，而NCA材料生產(chǎn)技術(shù)目前主要掌握在日本產(chǎn)商手中，例如住友化學(xué)、日本化學(xué)和戶田化學(xué)等都是全球主要的NCA材料供應(yīng)商，韓國廠商Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品在銷售，雖然近年來國內(nèi)原材料廠商也在NCA材料上開始發(fā)力，但是在一些技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)專利上，相較于日本還有較大的差距。
韓國在鋰離子電池技術(shù)上緊跟日本步伐，也涌現(xiàn)了例如三星SDI、SK Innovation、LG Chem在內(nèi)的國際領(lǐng)先的動(dòng)力電池廠商，根據(jù)韓國市場調(diào)研機(jī)構(gòu)SNE Research近日發(fā)布的數(shù)據(jù)，在2020年第一季度LG化學(xué)在全球動(dòng)力市場的占有率從10.7%躍升至27.1%，超越松下和寧德時(shí)代，首次成為全球最大的動(dòng)力電池廠商，三星SDI則憑借著6%的全球市場占有率排名第4，SK Innovation則憑借著4.5%的市場占有率排名第7，韓國動(dòng)力電池正在以歐美市場為陣地，發(fā)力全球動(dòng)力電池市場。
中國動(dòng)力電池市場則在新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策的扶持下實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，涌現(xiàn)了寧德時(shí)代、比亞迪等具有代表性的動(dòng)力電池廠商，寧德時(shí)代雖然在2020年第一季度出貨量被LG反超，但是在此之前寧德時(shí)代已經(jīng)連續(xù)三年穩(wěn)居全球動(dòng)力電池出貨量第一的寶座，占據(jù)中國動(dòng)力電池市場的半數(shù)份額，而在今年2月份寧德時(shí)代拿下了特斯拉的“大單”，重回全球出貨量第一寶座之日可待。
目前全球動(dòng)力電池市場基本形成了中、日、韓三足鼎立的格局，其中中國是全球最具活力的動(dòng)力電池市場，2017年中國市場動(dòng)力電池產(chǎn)量達(dá)到了88.7GWh，年化增長率達(dá)到了29.3%，其中動(dòng)力電池為44.5GWh，超越了傳統(tǒng)的3C消費(fèi)電子，成為鋰離子電池市場的主力。
隨著動(dòng)力電池市場的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的LCO材料正在逐漸被三元正極材料所取代，包括特斯拉在內(nèi)的眾多新能源汽車廠商為了更長的續(xù)航里程，紛紛采用了三元體系的動(dòng)力電池，其中特斯拉采用的就是由日本松下提供的NCA體系的18650電池和21700電池。
三元材料之所以被稱之為三元材料主要是因?yàn)槠渲羞^渡金屬元素主要由三種，目前主流的三元材料主要有兩類：LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)和LiNixCoyAl1-x-yO2(NCA)，三元材料的容量隨著鎳含量的增加而提高，NCM622材料的比容量可以達(dá)到170mAh/g左右，NCM811材料的比容量則可以達(dá)到190mAh/g以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的LCO材料，同時(shí)三元材料中的Co含量大幅降低，使得材料的價(jià)格顯著降低，同時(shí)三元材料相比于LCO材料還具有更好的循環(huán)壽命，這些優(yōu)勢(shì)使得三元材料在動(dòng)力電池領(lǐng)域迅速站穩(wěn)了腳跟。目前三元材料的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：
1.高鎳化
這一點(diǎn)不難理解，三元材料的比容量隨著Ni含量的提升而提升，為了獲得更高的容量，提升Ni含量是最有效的辦法，目前NCM811的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，材料的比容量可達(dá)190mAh/g以上，為了進(jìn)一步提升材料的比容量，廣大材料廠家正在開發(fā)Ni含量達(dá)到0.9，甚至更高的三元體系材料。
2.單晶材料
高鎳三元材料雖然容量很高，但是高鎳三元材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，特別是在高電壓下容易發(fā)生析氧反應(yīng)，引起材料的表面相變，單晶化是解決這一問題的有效方法，單晶材料能夠有效的提升材料自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)較小的比表面積也能夠減少界面副反應(yīng)的發(fā)生，從而顯著的提升材料的循環(huán)性能。
歐美等國家現(xiàn)階段在鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)處于下風(fēng)，短時(shí)間內(nèi)追趕無望，所以歐美瞄準(zhǔn)了下一代鋰離子電池技術(shù)。全固態(tài)電池是目前研究最多，也得到最多認(rèn)可的下一代鋰離子電池技術(shù)，固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)，能夠在一定程度上解決傳統(tǒng)鋰離子電池安全性較差的問題。目前固態(tài)電解質(zhì)基本上可以分為三大類
1.聚合物電解質(zhì)
以PEO為代表的聚合物電解質(zhì)是人們最早開發(fā)的固態(tài)電解質(zhì)，聚合物電解質(zhì)具有良好的塑性，因此比較容易解決固態(tài)電解質(zhì)存在的界面接觸問題，因此也得到了最多的關(guān)注，但是聚合物電解質(zhì)本身常溫電導(dǎo)率較低，一般需要加熱到60℃以上使用，同時(shí)聚合物電解質(zhì)抗氧化性較差，因此無法匹配高電壓正極啊材料，這也導(dǎo)致了聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用受到了很大的限制。
2.無機(jī)氧化物電解質(zhì)
無機(jī)氧化物電解質(zhì)，例如LLZO等材料相比于傳統(tǒng)的聚合物電解質(zhì)具有很好的常溫電導(dǎo)率，同時(shí)氧化物電解質(zhì)在高電壓下的穩(wěn)定性也更好，因此也得到了廣泛的關(guān)注，但是氧化物電解質(zhì)與電極的界面接觸較差，為了解決界面接觸問題，高溫?zé)Y(jié)是常見的方法，但是這可能會(huì)引起正極材料的分解，同時(shí)也大大增加了工藝的復(fù)雜性，同時(shí)氧化物固態(tài)電解質(zhì)高昂的價(jià)格也限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。
3.硫化物電解質(zhì)
硫化物電解質(zhì)突出特點(diǎn)是其電導(dǎo)率高，在室溫下的電導(dǎo)率與傳統(tǒng)的碳酸酯類業(yè)態(tài)電解質(zhì)持平，因此硫化物固態(tài)電解質(zhì)也被寄予厚望，但是硫化物電解質(zhì)也存在固態(tài)電解質(zhì)的通病——界面接觸差，采用硫化物電解質(zhì)的電池往往需要施加巨大的壓力才能正常的工作，同時(shí)硫化物電解質(zhì)在空氣中水分作用下會(huì)發(fā)生分解，釋放H2S有毒氣體，因此硫化物固態(tài)電解質(zhì)對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境的要求極高，這也導(dǎo)致了成本的升高。
經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，動(dòng)力電池的市場已經(jīng)超越了3C消費(fèi)電子類鋰離子電池，三元材料也取代了傳統(tǒng)的LCO材料成為動(dòng)力電池主流的正極材料，更高的能量密度是未來動(dòng)力電池發(fā)展的主要方向，為了滿足這一目標(biāo)，高鎳化、單晶化是未來正極材料發(fā)展的重要趨勢(shì)，而在下一代電池技術(shù)上，固態(tài)電池是目前最為成熟的技術(shù)，整體上來看聚合物電解質(zhì)良好的加工性能和低廉的價(jià)格是未來較有希望的一種固態(tài)電解質(zhì)。
（來源：公眾號(hào)“新能源Leader”ID：newenergy-leader 作者：新能源Leader）
眾所周知，鋰離子電池最早由日本實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，因此長期以來日本在全球鋰離子電池的商業(yè)版圖中占據(jù)重要的位置，例如日本的松下、湯淺等都是全球著名的鋰離子電池生產(chǎn)商，其中松下公司借助特斯拉的東風(fēng)更是一舉坐上全球出貨量第一的寶座，雖然近年來雙方的關(guān)系并不融洽，但是特斯拉短時(shí)間內(nèi)仍然無法擺脫松下的影響。不僅如此，作為老牌的鋰離子電池強(qiáng)國，日本在鋰電技術(shù)儲(chǔ)備上也絕對(duì)可以傲視群雄，NCA材料就是由日本開發(fā)，成為目前唯一能夠與三元NCM材料抗衡的材料，相關(guān)研究表明NCA材料循環(huán)壽命、過渡金屬元素溶解方面相對(duì)于NCM材料還具有一定的優(yōu)勢(shì)。近年來隨著動(dòng)力電池能量密度的持續(xù)提升，容量較高的NCA材料也逐漸引起了動(dòng)力電池廠商的重視，而NCA材料生產(chǎn)技術(shù)目前主要掌握在日本產(chǎn)商手中，例如住友化學(xué)、日本化學(xué)和戶田化學(xué)等都是全球主要的NCA材料供應(yīng)商，韓國廠商Ecopro和GSEM也有少量產(chǎn)品在銷售，雖然近年來國內(nèi)原材料廠商也在NCA材料上開始發(fā)力，但是在一些技術(shù)指標(biāo)和相關(guān)專利上，相較于日本還有較大的差距。
韓國在鋰離子電池技術(shù)上緊跟日本步伐，也涌現(xiàn)了例如三星SDI、SK Innovation、LG Chem在內(nèi)的國際領(lǐng)先的動(dòng)力電池廠商，根據(jù)韓國市場調(diào)研機(jī)構(gòu)SNE Research近日發(fā)布的數(shù)據(jù)，在2020年第一季度LG化學(xué)在全球動(dòng)力市場的占有率從10.7%躍升至27.1%，超越松下和寧德時(shí)代，首次成為全球最大的動(dòng)力電池廠商，三星SDI則憑借著6%的全球市場占有率排名第4，SK Innovation則憑借著4.5%的市場占有率排名第7，韓國動(dòng)力電池正在以歐美市場為陣地，發(fā)力全球動(dòng)力電池市場。
中國動(dòng)力電池市場則在新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策的扶持下實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，涌現(xiàn)了寧德時(shí)代、比亞迪等具有代表性的動(dòng)力電池廠商，寧德時(shí)代雖然在2020年第一季度出貨量被LG反超，但是在此之前寧德時(shí)代已經(jīng)連續(xù)三年穩(wěn)居全球動(dòng)力電池出貨量第一的寶座，占據(jù)中國動(dòng)力電池市場的半數(shù)份額，而在今年2月份寧德時(shí)代拿下了特斯拉的“大單”，重回全球出貨量第一寶座之日可待。
目前全球動(dòng)力電池市場基本形成了中、日、韓三足鼎立的格局，其中中國是全球最具活力的動(dòng)力電池市場，2017年中國市場動(dòng)力電池產(chǎn)量達(dá)到了88.7GWh，年化增長率達(dá)到了29.3%，其中動(dòng)力電池為44.5GWh，超越了傳統(tǒng)的3C消費(fèi)電子，成為鋰離子電池市場的主力。
隨著動(dòng)力電池市場的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的LCO材料正在逐漸被三元正極材料所取代，包括特斯拉在內(nèi)的眾多新能源汽車廠商為了更長的續(xù)航里程，紛紛采用了三元體系的動(dòng)力電池，其中特斯拉采用的就是由日本松下提供的NCA體系的18650電池和21700電池。
三元材料之所以被稱之為三元材料主要是因?yàn)槠渲羞^渡金屬元素主要由三種，目前主流的三元材料主要有兩類：LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)和LiNixCoyAl1-x-yO2(NCA)，三元材料的容量隨著鎳含量的增加而提高，NCM622材料的比容量可以達(dá)到170mAh/g左右，NCM811材料的比容量則可以達(dá)到190mAh/g以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的LCO材料，同時(shí)三元材料中的Co含量大幅降低，使得材料的價(jià)格顯著降低，同時(shí)三元材料相比于LCO材料還具有更好的循環(huán)壽命，這些優(yōu)勢(shì)使得三元材料在動(dòng)力電池領(lǐng)域迅速站穩(wěn)了腳跟。目前三元材料的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：
1.高鎳化
這一點(diǎn)不難理解，三元材料的比容量隨著Ni含量的提升而提升，為了獲得更高的容量，提升Ni含量是最有效的辦法，目前NCM811的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，材料的比容量可達(dá)190mAh/g以上，為了進(jìn)一步提升材料的比容量，廣大材料廠家正在開發(fā)Ni含量達(dá)到0.9，甚至更高的三元體系材料。
2.單晶材料
高鎳三元材料雖然容量很高，但是高鎳三元材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，特別是在高電壓下容易發(fā)生析氧反應(yīng)，引起材料的表面相變，單晶化是解決這一問題的有效方法，單晶材料能夠有效的提升材料自身的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)較小的比表面積也能夠減少界面副反應(yīng)的發(fā)生，從而顯著的提升材料的循環(huán)性能。
歐美等國家現(xiàn)階段在鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)處于下風(fēng)，短時(shí)間內(nèi)追趕無望，所以歐美瞄準(zhǔn)了下一代鋰離子電池技術(shù)。全固態(tài)電池是目前研究最多，也得到最多認(rèn)可的下一代鋰離子電池技術(shù)，固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)，能夠在一定程度上解決傳統(tǒng)鋰離子電池安全性較差的問題。目前固態(tài)電解質(zhì)基本上可以分為三大類
1.聚合物電解質(zhì)
以PEO為代表的聚合物電解質(zhì)是人們最早開發(fā)的固態(tài)電解質(zhì)，聚合物電解質(zhì)具有良好的塑性，因此比較容易解決固態(tài)電解質(zhì)存在的界面接觸問題，因此也得到了最多的關(guān)注，但是聚合物電解質(zhì)本身常溫電導(dǎo)率較低，一般需要加熱到60℃以上使用，同時(shí)聚合物電解質(zhì)抗氧化性較差，因此無法匹配高電壓正極啊材料，這也導(dǎo)致了聚合物電解質(zhì)的應(yīng)用受到了很大的限制。
2.無機(jī)氧化物電解質(zhì)
無機(jī)氧化物電解質(zhì)，例如LLZO等材料相比于傳統(tǒng)的聚合物電解質(zhì)具有很好的常溫電導(dǎo)率，同時(shí)氧化物電解質(zhì)在高電壓下的穩(wěn)定性也更好，因此也得到了廣泛的關(guān)注，但是氧化物電解質(zhì)與電極的界面接觸較差，為了解決界面接觸問題，高溫?zé)Y(jié)是常見的方法，但是這可能會(huì)引起正極材料的分解，同時(shí)也大大增加了工藝的復(fù)雜性，同時(shí)氧化物固態(tài)電解質(zhì)高昂的價(jià)格也限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。
3.硫化物電解質(zhì)
硫化物電解質(zhì)突出特點(diǎn)是其電導(dǎo)率高，在室溫下的電導(dǎo)率與傳統(tǒng)的碳酸酯類業(yè)態(tài)電解質(zhì)持平，因此硫化物固態(tài)電解質(zhì)也被寄予厚望，但是硫化物電解質(zhì)也存在固態(tài)電解質(zhì)的通病——界面接觸差，采用硫化物電解質(zhì)的電池往往需要施加巨大的壓力才能正常的工作，同時(shí)硫化物電解質(zhì)在空氣中水分作用下會(huì)發(fā)生分解，釋放H2S有毒氣體，因此硫化物固態(tài)電解質(zhì)對(duì)于生產(chǎn)環(huán)境的要求極高，這也導(dǎo)致了成本的升高。
經(jīng)過多年的技術(shù)發(fā)展，動(dòng)力電池的市場已經(jīng)超越了3C消費(fèi)電子類鋰離子電池，三元材料也取代了傳統(tǒng)的LCO材料成為動(dòng)力電池主流的正極材料，更高的能量密度是未來動(dòng)力電池發(fā)展的主要方向，為了滿足這一目標(biāo)，高鎳化、單晶化是未來正極材料發(fā)展的重要趨勢(shì)，而在下一代電池技術(shù)上，固態(tài)電池是目前最為成熟的技術(shù)，整體上來看聚合物電解質(zhì)良好的加工性能和低廉的價(jià)格是未來較有希望的一種固態(tài)電解質(zhì)。
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