彭文杰：電池正極材料為新能源汽車(chē)保駕護(hù)航

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近年來(lái)，中國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展迅猛，帶動(dòng)了對(duì)動(dòng)力鋰電池的旺盛需求。正極材料是鋰電池中最為關(guān)鍵的原材料，在當(dāng)前市場(chǎng)上，動(dòng)力電池正極材料具有體系多元化、需求個(gè)性化和市場(chǎng)多變化三個(gè)特點(diǎn)。

第一個(gè)特點(diǎn)是體系多元化。目前市場(chǎng)上的動(dòng)力電池正極材料主要有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷二元材料體系，不同的材料體系各有特點(diǎn)，有著各自的應(yīng)用領(lǐng)域和市場(chǎng)需求。

錳酸鋰體系具有低成本、高平臺(tái)、安全性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在取代鉛酸電池和低速物流車(chē)等領(lǐng)域占有較大份額。但這種材料體積比容量低、高溫循環(huán)差，導(dǎo)致其在商用車(chē)、物流車(chē)等應(yīng)用領(lǐng)域受限。

磷酸鐵鋰是目前中國(guó)市場(chǎng)上應(yīng)用較多的動(dòng)力電池材料。這種材料的高安全和循環(huán)穩(wěn)定等特點(diǎn)，使其在商用車(chē)、專(zhuān)用車(chē)等應(yīng)用領(lǐng)域占據(jù)一定地位。

鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷二元材料近年在動(dòng)力市場(chǎng)占比提升。火爆全球的特斯拉電動(dòng)車(chē)開(kāi)啟了三元電動(dòng)車(chē)的新紀(jì)元?；趯?duì)體積比能量的不斷追求，越來(lái)越多的電動(dòng)物流車(chē)和乘用車(chē)選擇采用這類(lèi)材料。

需求個(gè)性化是動(dòng)力電池正極材料的第二個(gè)特點(diǎn)。市場(chǎng)發(fā)展初期，新能源汽車(chē)百花齊放，對(duì)動(dòng)力電池及材料的要求也各不相同。目前，動(dòng)力電池產(chǎn)品有軟包、鋁殼、圓柱等多種體系，各體系對(duì)性能的要求及其在各電池廠的應(yīng)用需求也不盡相同。汽車(chē)廠商重點(diǎn)考慮電池管理系統(tǒng)配套和應(yīng)用環(huán)境的差異，對(duì)電池性能要求也存在較大差異。如部分廠家對(duì)電池的高溫循環(huán)要求較為苛刻，部分廠家更為關(guān)注低溫循環(huán)壽命，還有部分廠家更關(guān)注快充性能等。

市場(chǎng)多變化是動(dòng)力電池正極材料的第三個(gè)特點(diǎn)。2016年三元電池的“遭遇”可謂跌宕起伏，時(shí)而被否定，時(shí)而受追捧。新的補(bǔ)貼政策首次在產(chǎn)品技術(shù)要求上提出以電池能量密度作為參考指標(biāo)，三元材料得以“解禁”。在更高能量密度的發(fā)展方向上，高鎳三元材料無(wú)疑會(huì)成為今后一段時(shí)間研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化的熱點(diǎn)。

新能源汽車(chē)行業(yè)從2012至2015年的起步發(fā)展，到2016至2017年的調(diào)整發(fā)展，預(yù)計(jì)2018年之后將高速發(fā)展，未來(lái)動(dòng)力電池正極材料的應(yīng)用和發(fā)展備受關(guān)注。綜合來(lái)看，動(dòng)力電池正極材料未來(lái)發(fā)展具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

首先是目標(biāo)明確化。人類(lèi)歷史上每次成功的能源變革都有一個(gè)清晰的主線邏輯，即能量密度出現(xiàn)數(shù)量級(jí)上的躍升。如煤炭比木柴高160倍，石油比煤炭高2倍。新能源只有在能量密度上具備碾壓性優(yōu)勢(shì)，才有能力顛覆傳統(tǒng)能源。2015年起，國(guó)家逐步對(duì)新能源汽車(chē)行業(yè)進(jìn)行規(guī)范，2016年10月《節(jié)能與新能源汽車(chē)技術(shù)路線圖》發(fā)布，對(duì)動(dòng)力電池能量密度和成本提出了明確目標(biāo)及要求。在保證安全性能的前提下，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池的能量密度提升、充電時(shí)間更短是消費(fèi)者的客觀需求，因此對(duì)動(dòng)力電池正極材料的優(yōu)化和技術(shù)提升至關(guān)重要且刻不容緩。

其次是路線多樣化。2016年底公布的新能源汽車(chē)補(bǔ)貼方案中提出，補(bǔ)貼與體積比能量掛鉤，間接引導(dǎo)了材料體系的升級(jí)，具有體積比容量?jī)?yōu)勢(shì)的NMC三元材料成為產(chǎn)業(yè)化熱點(diǎn)。目前，動(dòng)力電池材料均達(dá)不到2020年動(dòng)力電池能量密度300wh/kg的要求，國(guó)家補(bǔ)貼積極鼓勵(lì)新型電池的開(kāi)發(fā)，炙手可熱的高鎳三元電池、瞄準(zhǔn)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展的固態(tài)電池、被譽(yù)為新能源汽車(chē)終極目標(biāo)的燃料電池……全球關(guān)于動(dòng)力材料的研究如火如荼，未來(lái)新能源市場(chǎng)誰(shuí)主沉浮，仍是未知數(shù)。

第三是過(guò)程精細(xì)化。電動(dòng)車(chē)領(lǐng)軍企業(yè)特斯拉近年來(lái)頻頻發(fā)生起火事件，動(dòng)力電池安全問(wèn)題引發(fā)行業(yè)擔(dān)憂，由此對(duì)正極材料研發(fā)、技術(shù)、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)也提出了更高要求。一方面，需全面提升生產(chǎn)智能制造水平，提升產(chǎn)品合格率和一致性，控制因材料磁性物質(zhì)等引發(fā)的自放電問(wèn)題等；另一方面，研發(fā)技術(shù)信息化、智能化需進(jìn)一步提升，提高研發(fā)有效性，避免走彎路。

新能源汽車(chē)動(dòng)力電池在續(xù)航里程、快充、成本、安全、壽命等方面的要求極高，要求我國(guó)的動(dòng)力正極材料企業(yè)要對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行全盤(pán)考慮，確保材料的開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證和制造滿足新能源汽車(chē)動(dòng)力市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)展應(yīng)用。在全球目前正極材料產(chǎn)銷(xiāo)規(guī)模第一的湖南杉杉能源2020年前近10萬(wàn)噸/年的產(chǎn)能規(guī)劃中，鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷二元材料產(chǎn)能規(guī)劃占到七成。湖南杉杉能源將從兩條路線進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)，一方面向高鎳三元方向發(fā)展，另一方面在中鎳高電壓三元方向展開(kāi)研究。（作者：彭文杰 中南大學(xué)冶金與環(huán)境學(xué)院教授，國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)獲得者）