三元电池或将成为未来发展趋势
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就目前电池行业的发展趋势而言,锂离子电池是继铅酸电池后较为成熟的技术路线,虽然存在其他物理电池(如超级电容器、飞轮储能等)、化学电池(如液流电池、燃料电池等),但未来五年大规模使用前景仍不如锂离子电池。
研究报告锂离子电池各组成部分中,正极材料对电池性能的影响最大,目前主要为钴酸锂(LiCoO2)、磷酸铁锂(LiFePO4)、锰酸锂(LiMn2O4)、三元复合材料(NCM或NCA),其中钴酸锂主要用于3C电子领域,磷酸铁锂和三元主要用于动力领域,我们重点对比了各种正极材料的性能指标,如表2所示。
各类锂电正极材料性能指标比较

NCM即镍钴锰酸锂三元材料,通过调配镍、钴、锰的比例,得到不同的电极特性,如图3所示,NCM是目前较主流的三元材料,也被认为是未来的发展趋势。NCA即镍钴铝酸锂三元材料,这种电池容量较高,但稳定性较差,同时掺杂了一些铝,以稳定其结构,目前特斯拉所用的是高镍NCA材料,元素比例为8:1.5:0.5。
NCM材料结构示意图

国产纯电动乘用车用动力电池类型分布(截止2015年11月)

调查报告随着新能源汽车产业的发展,动力电池对“比能量”的要求越来越高,三元正在逐步取代磷酸铁锂。从国内的应用市场来看,2015年以前,动力电池正极材料多数采用磷酸铁锂,随后三元使用占比逐渐提升,比能量方面,三元具有较高比能量,如能量密度最高可达190Wh/kg,高于磷酸铁锂130Wh/kg的平均水平,因比能量与电池续航能力成正比,故NCM三元体系电池多应用于纯电动汽车,磷酸特锂体系电池多应用于插电式混合动力汽车。根据盖世汽车发布的公开资料,2015年11月国产纯电动乘用车所使用的动力电池中,76%使用了三元材料,如图4所示。从国外的应用市场来看,日本主要使用NCM(111/532)及NCA体系,技术处于领先水平,特别是特斯拉所需的NCA电芯均来自松下;而韩国现在主要使用NCM(111/532)体系,并正在尝试NCM(811)体系。
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