中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：對(duì)于動(dòng)力鋰電池來說，2016年一開始就發(fā)生了一件大事。2016年初，工信部做出了“暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄”的決定；雖然只是針對(duì)客車，但此舉就像將一個(gè)石頭扔進(jìn)了原本不平靜的新能源領(lǐng)域，掀起了“驚濤駭浪”。關(guān)于鋰離子電池發(fā)展的技術(shù)之爭(zhēng)問題，也引起了更多人的關(guān)心和討論。
鋰離子電池技術(shù)發(fā)展之爭(zhēng)，歸根到底還是材料問題
要了解鋰電池技術(shù)發(fā)展之爭(zhēng)，我們需要從鋰電池的發(fā)展開始講起。鋰電池自誕生以來，就因其能量密度大、工作電壓高、自放電小等優(yōu)點(diǎn)在便攜式電子設(shè)備方面得到了廣泛的應(yīng)用。通常情況下，我們講的鋰電池是鋰離子電池，即是鋰二次電池。上世紀(jì)六、七十年代，鋰二次電池最初提出時(shí)，是以鋰金屬或者其合金做為負(fù)極、以氧化物或者硫化物（MnO2、TiS2、等）做為正極材料。
因?yàn)殇嚱饘僦苯幼鳛樨?fù)極，存在鋰枝晶等危險(xiǎn)，鋰二次電池一直沒有實(shí)現(xiàn)商品化。直至1980年ArmandM首次提出“搖椅式”電池這一突破思想，避免了鋰金屬直接存在于電池內(nèi)部的情況，鋰二次電池才迎來了新的曙光。JohnB.Goodenough于1980年和1997年分別提出的
LiCoO2和LiFePO4作為鋰電池正極材料，直接推動(dòng)了鋰離子電池的發(fā)展。1990年，索尼公司用碳作為負(fù)極材料、LiCoO2作為正極材料制備出了鋰離子電池。自此，鋰二次電池得以商業(yè)化并且開始迅速發(fā)展。
圖1不同種類的鋰離子電池
鋰電池的內(nèi)部包含正極材料、負(fù)極材料、電解液（電解質(zhì)）和隔膜材料，材料的發(fā)展才能帶來鋰電池的發(fā)展。自鋰電池誕生開始，電池材料一直在更新發(fā)展。人們希望開發(fā)出能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全高效、環(huán)保低廉的電池材料。在這其中，正極材料的研發(fā)顯得尤為重要。因?yàn)閷?duì)于鋰離子電池來說，正極材料占據(jù)了40%的成本。正極材料的性能和價(jià)格直接決定了鋰電池的性能和價(jià)格。目前來說，主流的商業(yè)化鋰電池正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料（鎳鈷錳酸鋰、鎳鈷鋁酸鋰）等。
表1各種正極材料匯總和對(duì)比
鈷酸鋰（LCO）是一種層狀化合物，是較早商用的一種正極材料；鈷酸鋰充放電穩(wěn)定，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，目前多用于一些小型電池，應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備等場(chǎng)合。由于含有Co這種稀有金屬，所以鈷酸鋰價(jià)格比較昂貴，并且毒性比較大。鈷酸鋰最大的缺點(diǎn)體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、過充安全性差。
為了克服以上缺點(diǎn)，研究人員一直嘗試用摻雜雜原子、包覆改性等方式來改善鈷酸鋰的性能。錳酸鋰（LMO）是1981年JamesC.Hunter制備出的一種三維鋰離子通道正極材料，具有電位高、價(jià)格低、安全性較好等優(yōu)點(diǎn)。由于高溫下錳酸鋰會(huì)溶解導(dǎo)致其容量衰減，所以目前研究人員一直致力于通過體相摻雜的方式來改善其高溫穩(wěn)定性。此外，通過表面修飾來改善其與電解質(zhì)的相容性也是一個(gè)重要的研究方向。
磷酸鐵鋰（LFP）近年來受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用，得益于其優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性能。磷酸鐵鋰被認(rèn)為是中大容量、中高功率的動(dòng)力鋰電池材料的首選。磷酸鐵鋰材料導(dǎo)電性差，通過碳包覆等手段可以顯著的改善其導(dǎo)電性。三元電極材料鎳鈷錳酸鋰（NCM）、鎳鈷鋁酸鋰（NCA）近年來在動(dòng)力電池領(lǐng)域受到廣泛的追捧；由于其能量密度較磷酸鐵鋰高，因此被認(rèn)為是可以替代磷酸鐵鋰的材料。
圖2不同正極材料的熱穩(wěn)定性對(duì)比
鋰電池電極材料的安全性能是鋰電池的一個(gè)重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，也是決定鋰電池品質(zhì)是否過關(guān)的一個(gè)重要因素。安全性能往往體現(xiàn)在熱穩(wěn)定性上面，如圖2所示：同等條件下，鈷酸鋰的熱穩(wěn)定性最差，NCA、NCM次之，錳酸鋰熱穩(wěn)性較好，磷酸鐵鋰熱穩(wěn)定性最好。
圖3不同正極材料的性能對(duì)比
目前來說，動(dòng)力鋰電池技術(shù)之爭(zhēng)主要反應(yīng)在電池正極材料的選擇問題上，具體來說集中在磷酸鐵鋰與三元電極材料之爭(zhēng)。三元材料比磷酸鐵鋰容量大、電壓平臺(tái)高、振實(shí)密度大、低溫性能好，因此從這一方面來講三元材料有著明顯的優(yōu)勢(shì)。此前有行業(yè)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，三元?jiǎng)恿﹄姵氐氖袌?chǎng)占比今年將達(dá)到25%，到2017年，這個(gè)比重將會(huì)增長(zhǎng)到50%。
另一方面，磷酸鐵鋰有著三元材料無法比擬的循環(huán)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)性性。現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，多數(shù)企業(yè)實(shí)行的是磷酸鐵鋰與三元材料并重的戰(zhàn)略。本文剛開始提到的工信部做出了“暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄”的決定，就是基于三元材料的安全性較差做出的。也有業(yè)內(nèi)人士分析，此決定有可能也是針對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)“騙補(bǔ)”的亂局做出的。無論如何，工信部此次做出的決定，反映出了我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)尤其是鋰電池行業(yè)存在的嚴(yán)重問題。
三元電池料NCM、NCA能量密度高，有著廣闊的應(yīng)用前景，不能因?yàn)闊岱€(wěn)定性不好而對(duì)其一概投否定票。由于三元鋰電池組成復(fù)雜，成分可以改變多種比例，通過調(diào)節(jié)x、y、z的比例，可以實(shí)現(xiàn)更好的熱穩(wěn)定性和安全性、最大程度地發(fā)揮材料的優(yōu)勢(shì)。
尤其是我國(guó)，三元電池研究相比于國(guó)外存在著較大差距，應(yīng)該整合資源、制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行科學(xué)合理的研究，使三元材料的技術(shù)與應(yīng)用盡快與國(guó)際先進(jìn)水平接軌。磷酸鐵鋰材料循環(huán)性能優(yōu)異、成本較低、熱穩(wěn)定性好、可快速充電，技術(shù)比三元材料成熟，目前仍然占據(jù)著很大的市場(chǎng)比例?？梢灶A(yù)見，未來一段時(shí)間內(nèi)，磷酸鐵鋰仍然會(huì)扮演者重要的角色。
鋰電池發(fā)展現(xiàn)在遇到了瓶頸期，主要表現(xiàn)在能量密度低、快速充電能力差、安全性差等方面；制約鋰電池發(fā)展的核心問題，依然是材料。對(duì)于材料人來說，難點(diǎn)即是機(jī)遇，痛點(diǎn)即是起點(diǎn)，正因?yàn)橛辛烁鞣N問題，才突出了材料研究和基礎(chǔ)研發(fā)的重要性。或許將來磷酸鐵鋰和三元材料都要被新的材料體系取代，或許將來有更適合的電池體系取代鋰離子電池；但是當(dāng)下，鋰電池發(fā)展受限的問題很嚴(yán)峻，鋰電池技術(shù)之爭(zhēng)依然沒有最終結(jié)論。
