2017年我国动力电池行业正极材料占比及发展趋势分析（图）

2017-10-11 05:17

手机浏览

动力电池的能量密度和成本均主要取决于正极材料

通常整车集成的是电池系统（包括电池组和BMS控制系统），而电池系统往下又可分解为PACK、单体、电池材料。对于一个电池单体，主要由正极、负极、电解液、隔膜及其它材料组成。而这四种材料各司其职，在放电时，锂离子和电子从负极脱出，电子经由外部电路到达正极，而锂离子则通过电解液进入正极，在正极中锂离子、正极材料、电子重新结合，从而完成电流传导。隔膜的作用则是将正负极分开、防止短路。因此，电池放电量的大小就由正负极决定，也就是容纳更多包括锂离子在内的活性材料。由于目前普遍采用石墨类碳材料做负极，比容量超过350mAh/g，而正极材料则通常由钴酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰（即三元锂）组成，比容量通常低于200mAh/g。即负极“活性”＞正极“活性”，所以电池的能量密度是由正极材料所决定。而从动力电池的成本结构来看，正极材料也占了单体电芯的很大部分。

图：动力电池结构组成

图：电池单体成本拆解（以18650三元电池为例）

全球范围内动力电池正极材料重心已转向三元锂电

正极材料方面，90年代早期的第一代锂电池，正极材料以钴酸锂为主；第二代锂电池，以锰酸锂和磷酸铁锂为代表，在本世纪早起逐步商业化；第三代的锂电池，为全面提高锂电池性能，并进一步降低成本，于近几年发展起来，其正极材料主要包括镍钴铝三元和镍钴锰三元。当前动力电池当前有2个主流设计，一种是以特斯拉为代表的，采用三元（镍Ni、钴Co、锰Mn或者镍Ni、钴Co、铝Al）锂电池+高级的电池管理系统，充分发挥三元锂电能量密度大的优势；一种则是以比亚迪为代表的，采用磷酸铁锂电池+相对简单的电池管理系统。鉴于能量密度是动力电池的核心参数，短期来看，全球范围内动力电池技术路线重心已转向三元锂电，长期而言，包括高镍材料、高电压材料以及富锂氧化物固溶液材料等高压、高能量密度正极材料是未来发展趋势。

图：动力电池正极材料发展路径

图：高压、高能量密度正极材料是未来主要发展趋势

新体系电池包括固态电池、锂流电池及金属空气电池

固态电池可以解决安全性、能量密度以及特殊功能（比如柔性）等需求，目前已经有一部分技术路线接近了工业化的条件，在近几年内应该会有产品问世。锂流电池能够解决循环与枝晶安全性是大问题，其技术成熟时间可能要更长，解决的主要是高能量密度方向的需求。金属空气电池理论上可以取得极高的能量密度，但是实际上还面临着过电压大、反应动力学不畅、空气中的杂质气体副反应等问题，技术成熟度相对较低，走上工业化需要的时间可能较长。根据中国的技术路线规划，预计2030年固态电池和锂硫电池能够量产推广。

参考中国报告网发布《2017-2022年中国动力电池市场发展态势及投资价值分析十三五报告》

图：中国新体系动力电池技术路线

图：固态锂电池（聚合物固态电池）研发应用现状

丰田的硫化物固态电池有望于2020年实现产业化。固态锂电池中，硫化物固态电池（锂硫电池）由于具有较高的能量密度和低廉的成本，有着巨大的开发潜力。丰田、三星、CATL、丰田等国内外企业均纷纷加速布局，这其中以丰田技术最为领先。丰田在2010年就推出硫化物固态电池，2014年其实验原型能量密度达到400Wh/kg，截止到2017年初，丰田固态电池专利数量达到30件，远高于其他企业。丰田高管表示丰田或将在2020年实现硫化物固态电池的产业化。国内企业CATL在硫化物固态电池方面相对领先，正加速开发纯电动汽车用的硫化物全固态锂金属电池。