近年來,中國新能源汽車發展迅猛,帶動了對動力鋰電池的旺盛需求。正極材料是鋰電池中最為關鍵的原材料,在當前市場上,動力電池正極材料具有體系多元化、需求個性化和市場多變化三個特點。

第一個特點是體系多元化。目前市場上的動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,有著各自的應用領域和市場需求。

錳酸鋰體系具有低成本、高平臺、安全性能優異等特點,在取代鉛酸電池和低速物流車等領域占有較大份額。但這種材料體積比容量低、高溫循環差,導致其在商用車、物流車等應用領域受限。

磷酸鐵鋰是目前中國市場上應用較多的動力電池材料。這種材料的高安全和循環穩定等特點,使其在商用車、專用車等應用領域占據一定地位。

鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷二元材料近年在動力市場占比提升。火爆全球的特斯拉電動車開啟了三元電動車的新紀元。基于對體積比能量的不斷追求,越來越多的電動物流車和乘用車選擇采用這類材料。

需求個性化是動力電池正極材料的第二個特點。市場發展初期,新能源汽車百花齊放,對動力電池及材料的要求也各不相同。目前,動力電池產品有軟包、鋁殼、圓柱等多種體系,各體系對性能的要求及其在各電池廠的應用需求也不盡相同。汽車廠商重點考慮電池管理系統配套和應用環境的差異,對電池性能要求也存在較大差異。如部分廠家對電池的高溫循環要求較為苛刻,部分廠家更為關注低溫循環壽命,還有部分廠家更關注快充性能等。

市場多變化是動力電池正極材料的第三個特點。2016年三元電池的“遭遇”可謂跌宕起伏,時而被否定,時而受追捧。新的補貼政策首次在產品技術要求上提出以電池能量密度作為參考指標,三元材料得以“解禁”。在更高能量密度的發展方向上,高鎳三元材料無疑會成為今后一段時間研發和產業化的熱點。

新能源汽車行業從2012至2015年的起步發展,到2016至2017年的調整發展,預計2018年之后將高速發展,未來動力電池正極材料的應用和發展備受關注。綜合來看,動力電池正極材料未來發展具有以下幾個特點。

首先是目標明確化。人類歷史上每次成功的能源變革都有一個清晰的主線邏輯,即能量密度出現數量級上的躍升。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勢,才有能力顛覆傳統能源。2015年起,國家逐步對新能源汽車行業進行規范,2016年10月《節能與新能源汽車技術路線圖》發布,對動力電池能量密度和成本提出了明確目標及要求。在保證安全性能的前提下,實現動力電池的能量密度提升、充電時間更短是消費者的客觀需求,因此對動力電池正極材料的優化和技術提升至關重要且刻不容緩。

其次是路線多樣化。2016年底公布的新能源汽車補貼方案中提出,補貼與體積比能量掛鉤,間接引導了材料體系的升級,具有體積比容量優勢的NMC三元材料成為產業化熱點。目前,動力電池材料均達不到2020年動力電池能量密度300wh/kg的要求,國家補貼積極鼓勵新型電池的開發,炙手可熱的高鎳三元電池、瞄準電動汽車產業中長期發展的固態電池、被譽為新能源汽車終極目標的燃料電池……全球關于動力材料的研究如火如荼,未來新能源市場誰主沉浮,仍是未知數。

第三是過程精細化。電動車領軍企業特斯拉近年來頻頻發生起火事件,動力電池安全問題引發行業擔憂,由此對正極材料研發、技術、生產的標準也提出了更高要求。一方面,需全面提升生產智能制造水平,提升產品合格率和一致性,控制因材料磁性物質等引發的自放電問題等;另一方面,研發技術信息化、智能化需進一步提升,提高研發有效性,避免走彎路。

新能源汽車動力電池在續航里程、快充、成本、安全、壽命等方面的要求極高,要求我國的動力正極材料企業要對產業鏈進行全盤考慮,確保材料的開發、設計、驗證和制造滿足新能源汽車動力市場的持續發展應用。在全球目前正極材料產銷規模第一的湖南杉杉能源2020年前近10萬噸/年的產能規劃中,鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷二元材料產能規劃占到七成。湖南杉杉能源將從兩條路線進行產品研發,一方面向高鎳三元方向發展,另一方面在中鎳高電壓三元方向展開研究。

(本文來源:經濟日報 作者:中南大學冶金與環境學院教授,國家科技進步二等獎獲得者 彭文杰)