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按正極材料不同對(duì)鋰離子動(dòng)力電池進(jìn)行區(qū)分
思瀚產(chǎn)業(yè)研究院 蜂巢能源    2023-12-20

提高能量密度的關(guān)鍵在于正極材料。正極材料決定了鋰離子電池的主要性能。按正極材料劃分，鋰離子電池可以分為鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元材料等技術(shù)路線。其中，三元材料是指含鎳鈷錳三種元素或鎳鈷鋁三種元素組成的正極材料，即鎳鈷錳酸鋰（以下簡(jiǎn)稱“NCM”）或鎳鈷鋁酸鋰（以下簡(jiǎn)稱“NCA”）。

在動(dòng)力電池領(lǐng)域，經(jīng)歷了由鈷酸鋰、錳酸鋰轉(zhuǎn)向磷酸鐵鋰、三元材料為主的發(fā)展歷程。最近三年，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池市場(chǎng)主要由三元材料電池和磷酸鐵鋰電池構(gòu)成。

三元材料電池相較于磷酸鐵鋰電池，擁有較高能量密度，有助于新能源汽車實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)續(xù)航里程，未來有望逐漸向高端領(lǐng)域、高續(xù)航里程、快速充電以及具有特殊要求的產(chǎn)品車型領(lǐng)域滲透。

磷酸鐵鋰電池相較于三元材料電池，擁有成本較低、相對(duì)安全的優(yōu)點(diǎn)，近年來伴隨電池工藝技術(shù)的發(fā)展和電池結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，其能量密度瓶頸存在一定緩解，成為動(dòng)力電池行業(yè)技術(shù)發(fā)展的重要技術(shù)方向。動(dòng)力電池未來發(fā)展方向在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)是多種技術(shù)路線并存的。

根據(jù)三元材料中鎳、鈷、錳元素含量的不同，NCM 材料可分為 NCM811、NCM622、NCM523 等。811、622、523 代表不同元素的占比，以 NCM523 為例，其化學(xué)組成為 Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2。NCA 則由鋁元素替代了錳元素。三元材料的技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于綜合材料優(yōu)點(diǎn)，使得鎳、鈷、錳或鋁元素發(fā)揮協(xié)同效用。

鎳的主要作用為提高能量密度，鈷的主要作用為穩(wěn)定三元材料層狀結(jié)構(gòu)，提高材料的電子導(dǎo)電性和改善循環(huán)性能，錳的主要作用為減低成本，改善材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性。一般情況下，鎳的占比越高，電池的實(shí)際比容量越高，能量密度越高。鈷元素在正極材料中起到減少鎳離子與鋰離子的混排效應(yīng)、抑制充放電過程中的相變以提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的作用。

但鈷并非不可或缺，且鈷元素價(jià)格較高，全球范圍內(nèi)鈷元素礦產(chǎn)資源匱乏并且市場(chǎng)供應(yīng)集中度高，供應(yīng)易受外部影響。鋰離子電池的“低鈷化”“無鈷化”成為該行業(yè)的未來重要發(fā)展趨勢(shì)。蜂巢能源開發(fā)出 NMx 無鈷電池，技術(shù)水平業(yè)已處于行業(yè)前列。