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動力鋰離子電池能量密度高、壽命長等優(yōu)點使其成為最具實用價值的新能源電動汽車車用電池候選者，而在動力鋰離子電池生產(chǎn)過程中，其相關(guān)性指標(biāo)（安全性、容量、內(nèi)阻、循環(huán)壽命等）卻互相矛盾，因此電池生產(chǎn)需在裝配技術(shù)、電池系統(tǒng)成組技術(shù)及管理技術(shù)的協(xié)調(diào)下兼顧電極材料、電解液、隔膜的性能，從而使得電池的相關(guān)性指標(biāo)最大程度上發(fā)揮協(xié)同效應(yīng)。

（1）動力鋰離子電池材料技術(shù)

在科技進(jìn)步、下游市場需求及補(bǔ)貼政策的多重刺激下，動力鋰離子電池材料逐漸發(fā)生迭代，使得電池整體的性能趨向于高能量密度、高安全性、長壽命和低成本的方向不斷實現(xiàn)破。在當(dāng)前的材料技術(shù)水平下，正極材料、負(fù)極材料、隔膜及電解液在成本中的占比分別約為40%、15%、20%~30%及10%~15%。

正極材料，作為鋰離子電池中最核心部分，其特性關(guān)于電池的儲能密度、循環(huán)壽命、安全性等具有直接影響。2017年我國鋰離子電池正極材料產(chǎn)量32.3萬噸，同增49.54%。動力鋰離子電池中常用的正極材料有磷酸鐵鋰（LFP）、鈷酸鋰（LCO）、錳酸鋰（LMO）和三元材料（例如NCA和NCM）。以上正極材料中，LFP發(fā)展較早，其能量密度較低，約130wh/kg~150wh/kg，低溫性能較差，例如在-10℃的環(huán)境下，一塊容量3500mAh的鋰離子電池經(jīng)過100次左右的循環(huán)充放電后，其容量將大幅衰減至500mAh，但其分解溫度高達(dá)800℃，安全性較高，且貴金屬含量較低，成本可控，目前較多汽車品牌應(yīng)用LFP電池，如雪佛蘭Volt、日產(chǎn)Leaf、比亞迪E6和FiskerKarma；LCO與LFP電池相比，技術(shù)較為成熟，功率高、能量密度大且一致性較高，但安全系數(shù)較低，熱特性和電特性較差，例如特斯拉所用的18650電池在外電壓但凡低于2.7V或高于3.3V，均會出現(xiàn)過熱，在應(yīng)用過程中要嚴(yán)格控制電池電壓、電流及溫度；三元材料以鎳、鈷、錳鹽為原料，常見的鎳鈷錳比列為424/333/523/701/515/811，目前以523為主，未來發(fā)展趨向于低鈷高鎳NCM，優(yōu)點為能量密度較高，約為160wh/kg~200wh/kg，缺點為分解溫度較低，約為200℃左右，安全性能低，且因含有貴金屬鎳、鈷和錳，成本略高；LMO價格優(yōu)勢很大，但能量密度最低，為其他正極材料的過渡材料。2017年，我國動力鋰離子電池搭載的正極材料國產(chǎn)化率約92%，根據(jù)北極星儲能網(wǎng)披露數(shù)據(jù)來看，動力鋰離子電池裝機(jī)中，磷酸鐵鋰離子電池、三元鋰離子電池、錳酸鋰離子電池和鈦酸鋰離子電池占比分別為50%、45%、4%和1%，LFP及三元鋰離子電池的裝機(jī)量占據(jù)動力鋰離子電池市場的重要份額。從細(xì)分車型來看，新能源乘用車及貨車細(xì)分市場以三元鋰離子電池為主、LFP為輔，而新能源客車領(lǐng)域則重要為LFP。

負(fù)極材料重要影響電池的安全性和循環(huán)性能。2017年我國鋰離子電池負(fù)極材料產(chǎn)量14.6萬噸，同比上升23.7%。理想的負(fù)極材料應(yīng)具有以下特點：

a、與正極材料電化學(xué)位差大以提高電池功率；

b、材料層間距相對較大，鋰離子嵌入反應(yīng)所需自由能小，易具有較大的鋰離子容量，且嵌入后不膨脹，循環(huán)性能好；

c、電極電位不受鋰離子嵌入量影響，有利于電池工作電壓穩(wěn)定；

d、熱力學(xué)穩(wěn)定性好，不與電解液反應(yīng)；

e、鋰離子在負(fù)極材料中的擴(kuò)散速率高，易于容納大量的鋰離子；

f、石墨化程度越低，SEI[1]膜穩(wěn)定性越好可防止電解液嵌入電極材料；

g、易制備，成本低。

[1]在鋰離子電池首次充放電過程中，電極材料與電解液在固-液相界面上發(fā)生反應(yīng)形成的一層覆蓋于電極表面的鈍化膜，稱為固體電解質(zhì)界面膜（solidelectrolyteinterface，簡稱SEI膜），其具有固體電解質(zhì)的特點-對電子絕緣的同時允許Li+透過，SEI膜厚度在100~120nm，其性質(zhì)受電極表面結(jié)構(gòu)孔隙率及顆粒尺寸影響。

自1965年鋰金屬被應(yīng)用于負(fù)極材料至今，鋰離子電池負(fù)極材料重要經(jīng)歷了金屬材料、合金材料、氧化物和碳材料（石墨、硬碳和軟碳等）四個進(jìn)化階段，其中鋰金屬充放電過程中鋰離子在金屬表面附著，容易出現(xiàn)鋰枝晶而導(dǎo)致起火或爆炸等安全性問題；合金類材料在鋰離子嵌入后體積變化較大，SEI膜不穩(wěn)定，循環(huán)性能弱；氧化鉬嵌鋰所需電位高（0.75V）且容量低（125mAh/g）；石墨負(fù)極材料平臺電壓較為平穩(wěn)，充放電電位較低，缺點在于比容量低，充放電倍率性能差，與電解液溶劑（尤其碳酸丙烯酯PC）相容性較差，有機(jī)溶劑易隨鋰離子共同嵌入石墨層，導(dǎo)致石墨逐漸剝落、電池循環(huán)性能差。因此，后續(xù)改進(jìn)技術(shù)將石墨材料表面氧化形成微孔結(jié)構(gòu)以提升其與電解液的相容性，或更換電解液溶劑（碳酸乙烯酯EC）。

電解液在鋰離子電池組件中連接正負(fù)極材料，同時是鋰離子傳輸?shù)妮d體，是使電池具備高電壓、高比能的關(guān)鍵。2017年，我國電解液產(chǎn)量10.2萬噸，同比增速為15.38%。電解液由溶劑、電解質(zhì)（鋰鹽）和添加劑組成，其中溶劑具備介電常數(shù)高、粘度小、純度高、吸濕性好等特性易于提高電解液的導(dǎo)電性，工業(yè)化常用的溶劑為環(huán)狀碳酸酯（碳酸乙烯酯EC、碳酸丙烯酯PC）及鏈狀碳酸酯（碳酸二甲酯DEC、碳酸甲乙酯MEC和碳酸二乙酯DMC），高導(dǎo)電性溶劑EC、PC易于溶解電解質(zhì)，而低粘度溶劑DEC、MEC和DMC有利于Li+的運輸；電解質(zhì)為電解液中鋰源，部分鋰鹽由于高溫安全性差、導(dǎo)電率低、價格昂貴等原因別摒棄，目前較為應(yīng)用較多的為六氟磷酸鋰LiPF6，但考慮到LiPF6為易水解、熱穩(wěn)定性存在不足，未來芳基硼酸鋰和烷基硼酸鋰或因其較好的熱穩(wěn)定性及循環(huán)性能成為電解質(zhì)的應(yīng)用熱點；添加劑重要為成膜添加劑、導(dǎo)電添加劑、阻燃添加劑和多功能添加劑四種。

隔膜是保障電池安全的最重要組件之一，其浸漬在電解液中位于正負(fù)極材料之間起到防止正負(fù)極材料接觸導(dǎo)致短路的用途，同時隔膜應(yīng)具有熱塑性，在高溫環(huán)境下隔膜發(fā)生熔融、微孔關(guān)閉從而達(dá)到斷電目的，因此隔膜通常采用具有絕緣、不溶于有機(jī)溶劑、強(qiáng)度高等特性的聚烯烴多孔膜。鋰離子可通過隔膜表面的微孔通道完成其在正負(fù)極間的流通，因此隔膜材料孔結(jié)構(gòu)、厚度和微孔數(shù)量等特性都會影響鋰離子穿透速度，進(jìn)而影響到電池的內(nèi)阻、放電倍率、循環(huán)壽命等性能。隔膜生產(chǎn)工藝重要為干法和濕法兩種，其中干法工藝包含單向拉伸和雙向拉伸兩種工藝。由于濕法工藝所制隔膜較薄，容易擊穿導(dǎo)致電池短路，而干法-單向拉伸工藝所制隔膜厚度較厚（20~40um）、孔徑均勻、熔點高且穩(wěn)定性好的特點符合電動汽車對鋰離子電池安全性能的要求，但干法隔膜的厚度優(yōu)勢在一定程度上削弱電池的能量密度，因此長期來看改進(jìn)后的濕法隔膜（例如濕法涂覆隔膜）將成為鋰離子電池隔膜未來的發(fā)展方向。目前常用的隔膜有聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）及丙烯-乙烯共聚物等，隔膜產(chǎn)品重要有單層PP、單層PE、PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆、雙層PP/PE、雙層PP/PP和三層PP/PE/PP等，目前我國尚無將PP/PE雙層復(fù)合膜的技術(shù)，產(chǎn)品重要為雙層PP/PP為主，而全球汽車動力鋰離子電池使用的隔膜以三層PP/PE/PP、雙層PP/PE以及PP+陶瓷涂覆、PE+陶瓷涂覆等隔膜材料產(chǎn)品為主。

（2）動力鋰離子電池控制技術(shù)

驅(qū)動一輛電動汽車要大量電池單體，例如TeslaRoadster和TeslaModelS的電池系統(tǒng)分別包含6831節(jié)和8000節(jié)18650鈷酸鋰離子電池。電池單體并聯(lián)封裝成電池磚，電池磚串聯(lián)成電池片，電池片組成一個電池包，經(jīng)過三層組裝為一個可以為汽車供應(yīng)動力的電池系統(tǒng)，但數(shù)量眾多的電池單體組合加劇了其熱穩(wěn)定差、安全系數(shù)低的短板，因此要對電池單元、電池磚、電池片每層級設(shè)置保險絲，防止電池系統(tǒng)過熱或電流過大。從鋰離子動力鋰電池系統(tǒng)角度看，關(guān)鍵核心技術(shù)包括電池成組技術(shù)（集成電池配組、熱管理、碰撞安全、電安全等）、電池管理系統(tǒng)（BMS）電磁兼容技術(shù)、信號的精確測量（如單體電壓、電流等）技術(shù)、電池狀態(tài)精確估計、電池均衡控制技術(shù)等。

3、動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈

動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈包括上游原材料（鈷礦、鎳礦、錳礦、鋰礦、石墨礦及有機(jī)材料）、中游制造及下游應(yīng)用三個環(huán)節(jié)，其中中游制造環(huán)節(jié)包括基礎(chǔ)材料生產(chǎn)、動力鋰離子電池材料（正極、負(fù)極、電解液、隔膜及其他材料）制造、電芯制造及PACK封裝。本章節(jié)重要分析影響鋰離子電池應(yīng)用的技術(shù)指標(biāo)及鋰離子電池全產(chǎn)業(yè)鏈對環(huán)境的影響。