近年来,中国新能源汽车发展迅猛,带动了对动力锂电池的旺盛需求。正极材料是锂电池中最为关键的原材料,在当前市场上,动力电池正极材料具有体系多元化、需求个性化和市场多变化三个特点。

第一个特点是体系多元化。目前市场上的动力电池正极材料主要有锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰酸锂和镍钴二元材料体系,不同的材料体系各有特点,有着各自的应用领域和市场需求。

锰酸锂体系具有低成本、高平台、安全性能优异等特点,在取代铅酸电池和低速物流车等领域占有较大份额。但这种材料体积比容量低、高温循环差,导致其在商用车、物流车等应用领域受限。

磷酸铁锂是目前中国市场上应用较多的动力电池材料。这种材料的高安全和循环稳定等特点,使其在商用车、专用车等应用领域占据一定地位。

镍钴锰酸锂和镍钴二元材料近年在动力市场占比提升?；鸨虻奶厮估缍悼袅巳缍档男录驮；诙蕴寤饶芰康牟欢献非?越来越多的电动物流车和乘用车选择采用这类材料。

需求个性化是动力电池正极材料的第二个特点。市场发展初期,新能源汽车百花齐放,对动力电池及材料的要求也各不相同。目前,动力电池产品有软包、铝壳、圆柱等多种体系,各体系对性能的要求及其在各电池厂的应用需求也不尽相同。汽车厂商重点考虑电池管理系统配套和应用环境的差异,对电池性能要求也存在较大差异。如部分厂家对电池的高温循环要求较为苛刻,部分厂家更为关注低温循环寿命,还有部分厂家更关注快充性能等。

市场多变化是动力电池正极材料的第三个特点。2016年三元电池的“遭遇”可谓跌宕起伏,时而被否定,时而受追捧。新的补贴政策首次在产品技术要求上提出以电池能量密度作为参考指标,三元材料得以“解禁”。在更高能量密度的发展方向上,高镍三元材料无疑会成为今后一段时间研发和产业化的热点。

新能源汽车行业从2012至2015年的起步发展,到2016至2017年的调整发展,预计2018年之后将高速发展,未来动力电池正极材料的应用和发展备受关注。综合来看,动力电池正极材料未来发展具有以下几个特点。

首先是目标明确化。人类历史上每次成功的能源变革都有一个清晰的主线逻辑,即能量密度出现数量级上的跃升。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备碾压性优势,才有能力颠覆传统能源。2015年起,国家逐步对新能源汽车行业进行规范,2016年10月《节能与新能源汽车技术路线图》发布,对动力电池能量密度和成本提出了明确目标及要求。在保证安全性能的前提下,实现动力电池的能量密度提升、充电时间更短是消费者的客观需求,因此对动力电池正极材料的优化和技术提升至关重要且刻不容缓。

其次是路线多样化。2016年底公布的新能源汽车补贴方案中提出,补贴与体积比能量挂钩,间接引导了材料体系的升级,具有体积比容量优势的NMC三元材料成为产业化热点。目前,动力电池材料均达不到2020年动力电池能量密度300wh/kg的要求,国家补贴积极鼓励新型电池的开发,炙手可热的高镍三元电池、瞄准电动汽车产业中长期发展的固态电池、被誉为新能源汽车终极目标的燃料电池……全球关于动力材料的研究如火如荼,未来新能源市场谁主沉浮,仍是未知数。

第三是过程精细化。电动车领军企业特斯拉近年来频频发生起火事件,动力电池安全问题引发行业担忧,由此对正极材料研发、技术、生产的标准也提出了更高要求。一方面,需全面提升生产智能制造水平,提升产品合格率和一致性,控制因材料磁性物质等引发的自放电问题等;另一方面,研发技术信息化、智能化需进一步提升,提高研发有效性,避免走弯路。

新能源汽车动力电池在续航里程、快充、成本、安全、寿命等方面的要求极高,要求我国的动力正极材料企业要对产业链进行全盘考虑,确保材料的开发、设计、验证和制造满足新能源汽车动力市场的持续发展应用。在全球目前正极材料产销规模第一的湖南杉杉能源2020年前近10万吨/年的产能规划中,镍钴锰酸锂和镍钴二元材料产能规划占到七成。湖南杉杉能源将从两条路线进行产品研发,一方面向高镍三元方向发展,另一方面在中镍高电压三元方向展开研究。

(本文来源:经济日报 作者:中南大学冶金与环境学院教授,国家科技进步二等奖获得者 彭文杰)