一 动力电池产业发展概况

2015年，在国家政策大力支持及新能源汽车推广应用进程加快的带动下，中国车用动力电池需求大幅增长，动力电池销量达到16GWh，是2014年3.67GWh的4倍多。以比亚迪、中航锂电、国轩高科、力神、CATL等企业为代表的国内动力电池企业，通过开展投资扩产、自主创新等活动，产能和产品质量均得到明显提升，但综合竞争力仍需要增强。随着越来越多国际动力电池企业开始在中国投资建厂，本土动力电池企业将面临更大竞争压力。

（一）动力电池电极材料体系介绍

锂离子电池是采用可嵌入锂的材料作负极，含锂的化合物作正极，聚丙烯/聚乙烯多孔膜作隔离层，锂盐溶于有机溶剂作电解液的锂二次电池。正极材料、负极材料、隔膜和电解液是构成锂离子电池的四种关键材料。锂离子电池正负极材料体系非常丰富，高电位可逆释放锂离子的含锂化合物和低电位可逆储存锂离子的材料均可构成其正极和负极材料。

图1 锂离子电池电极材料体系

锂离子电池的正极材料有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元材料、镍钴铝三元材料、高电压尖晶石镍锰酸锂、富锂锰基正极材料等。随着掺杂和表面改进技术的发展以及电解液技术的进步，钴酸锂/石墨体系的充电电压可提升至4.40V，材料比容量可提升至200～210mAh/g，加之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，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，但因为安全性和成本的原因，钴酸锂一般不应用于动力电池。

尖晶石结构的锰酸锂（LiMn₂O₄）具有三维锂离子扩散通道，原料成本比较低，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。可在其表面包覆Al₂O₃形成LiMn_2-xAl_xO₄的固溶体来改善LiMn₂O₄的高温循环性能和储存性能，适合于作为轻型电动车辆的低成本电池。国内锰酸锂材料因行业竞争价格下降明显，主要满足移动电源、电动工具和电动自行车市场的需求，高温循环性能有待进一步提升后，可满足功率型动力和储能应用要求。

镍钴锰（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LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂在动力电池中的应用较为成熟外，较高容量的LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂也已经进入批量应用。NCM三元材料一般与锰酸锂混合应用于电动车辆电池，以NCM为主要正极活性材料的单体电池的比能量可提升至180～200Wh/kg，更高容量的富镍三元材料也在开发中，与锂镍钴铝氧相比是否具有优势尚不得而知。

铝掺杂的锂镍钴铝氧（NCA）最早由法国SAFT公司开发应用于卫星电池，松下将其应用于笔记本电脑电池，其能量密度可接近高电压钴酸锂电池，近几年新能源汽车厂商特斯拉将这种电脑电池用于驱动新能源汽车，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，中国是当前全球主要的磷酸铁锂材料和电池生产地，目前纳米化的功率型材料和高密度的磷酸锰铁锂能量型材料的稳定性均得到较快的发展，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，特别是在客车和专用车辆应用方面，也广泛应用于电力储能和通信后备电源领域，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。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。

锂离子电池的负极材料有石墨、硬/软碳、钛酸锂以及合金负极材料。石墨材料是目前广泛应用的锂离子电池负极材料，可逆容量达到360mAh/g，已至极限，中间相碳微球的成本和充电倍率性能优于天然石墨，但成本偏高，无定形硬碳或软碳可满足电池在较高倍率和温度应用的需求，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，特别适合大电流充电应用，近年来通过表面改性和电解液匹配技术已基本解决电池胀气问题，可以应用于需要快速充电的电池，也是高功率储能电池的备选。

纳米硅在1990年代即被提出可用于高容量负极，通过掺少量纳米硅材料提升碳负极材料容量至今仍是研发热点，可逆容量达到450mAh/g的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，解决锂嵌入硅后体积膨胀导致其在电池实际使用时循环寿命衰减的问题后，可增加硅含量以进一