隨著電動汽車的推廣，作為其核心技術(shù)的動力鋰離子電池極其電極材料的研究和產(chǎn)業(yè)化日益成為業(yè)內(nèi)關(guān)注的焦點，新型電池材料的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)化是提升動力鋰離子電池性能并拓展其應(yīng)用領(lǐng)域的保障。因此，國內(nèi)不少企業(yè)和高校紛紛介入動力鋰離子電池材料的研發(fā)和生產(chǎn)。
電池性能材料說了算
尋求高能量密度、高安全、環(huán)保和價格便宜的電池材料是動力鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵所在。
中國科學院物理研究所研究員黃學杰在接受《中國電子報》記者采訪時表示，材料在鋰離子電池成本中占比很大，超過70%，而鋰離子電池性能更是材料說了算。因此，尋求高能量密度、高安全、環(huán)保和價格便宜的電池材料是動力鋰離子電池發(fā)展的關(guān)鍵所在。
深圳市海盈科技有限公司研發(fā)部經(jīng)理陶芝勇表示，鋰離子電池材料目前在國內(nèi)的發(fā)展情況良好，其中電極材料產(chǎn)業(yè)化程度非常高，而隔膜、鋁塑膜方面還需要努力，尤其是鋁塑膜，目前嚴重依賴進口。他分析說，錳酸鋰和磷酸鐵鋰都是動力電池應(yīng)用的主要正極材料，成本、性能、用途都有共同點和不同點，錳酸鋰成本低，制造工藝成熟，安全性好，目前被大量應(yīng)用在電動自行車和其他類型小容量電池組上；磷酸鐵鋰材料除了安全性更好以外，循環(huán)和高溫特性遠遠優(yōu)于錳酸鋰，缺點是低溫性能差和標準電壓較低，所以目前兩種材料交叉使用比較普遍。但由于磷酸鐵鋰安全性能突出，長遠而言，在高電壓高容量方面如電動車電池組上具有優(yōu)勢，目前由于制造工藝不甚成熟和市場化進度慢，磷酸鐵鋰成本高于錳酸鋰，在國內(nèi)的批次穩(wěn)定目前仍言之過早。
同濟大學汽車學院副教授魏學哲告訴記者，雖然磷酸鐵鋰離子電池目前最被看好，但磷酸鐵鋰電池的比能量較低，且低溫特性不夠好，而錳酸鋰及三元材料鋰離子電池技術(shù)也都在競相發(fā)展過程中，各種技術(shù)途徑的最終市場表現(xiàn)仍有待觀察。
中國電池工業(yè)協(xié)會副理事長兼技術(shù)委員會主任王金良給《中國電子報》記者分析了目前國內(nèi)電池材料的發(fā)展情況，他表示，目前用得較多的動力電池正極材料主要是磷酸鐵鋰和錳酸鋰，這兩種材料各有優(yōu)缺點，將在一段時間內(nèi)共存，因此，國內(nèi)企業(yè)在發(fā)展錳酸鋰的同時也要發(fā)展磷酸鐵鋰；在負極材料方面，應(yīng)該重視新材料的開發(fā)，如鈦酸鋰，密切跟蹤世界先進技術(shù)的發(fā)展動向；電解液方面，應(yīng)加大關(guān)鍵材料的國產(chǎn)化力度，如六氟磷酸鋰，目前主要依靠從國外進口，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)加快這方面產(chǎn)業(yè)化進度，此外，還要重視電解液中的添加劑的研發(fā)；在電池隔膜方面，目前單層膜可以國產(chǎn)化，高端隔膜、復(fù)合膜還要從國外進口，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該重視復(fù)合膜的研究和開發(fā)。
至于未來的電池技術(shù)，魏學哲表示，可以看到的方向有很多，如高性能層狀材料、高性能層狀與錳基尖晶石結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和磷酸鹽系材料，具有多電子反應(yīng)釩系、硅酸鹽系，以及高電位型氧化物及新型有機化合物等正極材料；高容量錫基、硅基等合金系負極材料；寬電化學窗口、高電導(dǎo)、高安全性的新型電解質(zhì)體系和新型隔膜研究等等，但目前大多尚處于實驗室研究階段。
差距拉大形勢緊迫
如果企業(yè)沒有核心技術(shù)和實力，未來的日子會很難過。
在采訪過程中，記者了解到，目前國內(nèi)動力理離子電池材料產(chǎn)業(yè)也不可避免地出現(xiàn)了一哄而上的局面，而且最令人擔心的是我國在高端電池材料的研發(fā)上與國際先進水平的距離越拉越大，尤其是自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料體系方面，業(yè)內(nèi)專家表示如果國內(nèi)電池材料企業(yè)僅在低水平無序競爭，則鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展令人擔憂。
黃學杰告訴記者，目前新能源汽車的概念在國內(nèi)被炒得很熱，國家相繼出臺了一些補貼政策，而在新能源汽車項目中，國家的補助都給了做電動汽車的企業(yè)了，電池企業(yè)根本拿不到多少實際補貼，更別提其上游的材料企業(yè)了。他表示，目前國內(nèi)號稱做鋰離子電池的企業(yè)達到300多家，而做磷酸鐵鋰材料的企業(yè)也達到100多家，如此蜂擁而上，破壞了國內(nèi)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)的生態(tài)環(huán)境。這樣導(dǎo)致的結(jié)果就是，低水平重復(fù)建設(shè)，競相壓價。因此，大陸目前100多家做磷酸鐵鋰的電池企業(yè)還做不過臺灣的3家動力鋰離子電池企業(yè)。“如果企業(yè)沒有核心技術(shù)和實力，未來的日子會很難過。”黃學杰說。
王金良也贊同上述觀點，他認為，國內(nèi)電池材料企業(yè)要增強技術(shù)創(chuàng)新能力，不要覺得某個項目好就一哄而上，一哄而上會使好的企業(yè)受到?jīng)_擊。他建議，國家應(yīng)該重點扶持有能力、有條件的企業(yè)進行產(chǎn)業(yè)化開發(fā)，加強材料企業(yè)與電池企業(yè)的聯(lián)系，密切產(chǎn)學研合作。
復(fù)旦大學化學系吳宇平教授在接受《中國電子報》記者采訪時說，動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵在于材料，因此國內(nèi)材料企業(yè)必須提高質(zhì)量，否則電動車開不起來。“這其中當然需要國家的大力支持，如合理分配資源配置，讓有后續(xù)技術(shù)發(fā)展和市場拓展能力的企業(yè)和高校得到相關(guān)項目。”吳宇平說。
業(yè)內(nèi)人士同時表示，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)該通過政府及其企業(yè)的多方向投入，加強多學科包括物理、化學及材料學科等科研人員的合作，深入探索新型材料的研發(fā)。進一步提高材料的能量密度、高倍率性能、高低溫性能、均勻性和安全性等，滿足電動汽車的需要。此外，還要通過技術(shù)改造和市場規(guī)模擴大努力降低成本。深圳市吉陽自動化科技有限公司總裁陽如坤表示，必須加大力度進行鋰離子動力電池的機理研究，這里不是指單純的電化學特性研究。鋰離子動力電池要全面、大規(guī)模走向應(yīng)用，必須解決一些基礎(chǔ)問題，這些問題包括：材料特性對電池特性的影響的精確數(shù)理研究、SEI膜的生長控制機理研究、電池的熱設(shè)計、電池的電磁場設(shè)計及電池的可制造性設(shè)計等。
北京大學化學與分子工程學院副教授陳繼濤
材料企業(yè)對降低成本負有重要責任
·磷酸鐵鋰和錳酸鋰各有優(yōu)缺點，在不同的領(lǐng)域有著不同的應(yīng)用潛力。
·在我國材料國產(chǎn)化的過程是一個較為漫長的認可和技術(shù)改進的過程。
我國在鋰離子電池關(guān)鍵材料的研發(fā)和生產(chǎn)方面進展快速，在傳統(tǒng)正負極材料方面，國產(chǎn)鈷酸鋰和石墨負極材料已經(jīng)成為國內(nèi)電池生產(chǎn)廠家的主要選擇，占領(lǐng)絕大部分市場份額，并且已經(jīng)實現(xiàn)出口。新型正極材料三元素和尖晶石錳酸鋰等方面也已經(jīng)實現(xiàn)批量生產(chǎn)和應(yīng)用，但在高端性能方面與日本材料還是稍有差距，需要進一步技術(shù)攻關(guān)。在磷酸鐵鋰正極材料方面，我國在研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)方面基本與國際同步，但投資熱情高漲，相關(guān)企業(yè)如雨后春筍般紛紛成立，不過技術(shù)水平和產(chǎn)品性能參差不齊，真正實現(xiàn)高品質(zhì)磷酸鐵鋰批量生產(chǎn)和供應(yīng)的廠家僅有少數(shù)幾個。
磷酸鐵鋰和錳酸鋰各有優(yōu)缺點，在不同的領(lǐng)域有著不同的應(yīng)用潛力，比較而言，錳酸鋰在能量密度、溫度特性方面具有一定的優(yōu)勢，但在循環(huán)性能和安全性能方面比磷酸鐵鋰稍遜一籌，所以尖晶石錳酸鋰在對能量密度和溫度特性要求較高的中小容量電池方面有一定優(yōu)勢，而磷酸鐵鋰在大容量長壽命型動力電池方面有明顯優(yōu)勢。
