1、鋰離子電池技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì) 一、文獻(xiàn)綜述1、前言現(xiàn)階段，日本、韓國(guó)、美國(guó)等國(guó)家引領(lǐng)鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展。日本的行業(yè)技術(shù)水平具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，韓國(guó)的動(dòng)力電池制造能力處于領(lǐng)先地位，美國(guó)則具有引領(lǐng)前沿的科研能力。2、國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀21日本211 2009年，日本政府推出了RISING計(jì)劃(創(chuàng)新型蓄電池尖端科學(xué)基礎(chǔ)研究事業(yè))和UEAD項(xiàng)目(汽車用下一代高性能電池系統(tǒng))，并于2013年更新了動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展路線圖(RM2013)，具體指標(biāo)有2020年電池的續(xù)航里程實(shí)現(xiàn)250350km電池系統(tǒng)總電量達(dá)到2535kWh，電池能量密度實(shí)現(xiàn)250Wh kg-1，功率密變達(dá)到1500Wkg-1，循環(huán)壽命達(dá)到100

2、0-1500次，價(jià)格成本降低到2萬(wàn)日元/Wh。RM2013指明了電極材料的發(fā)展方向，正極材料要發(fā)展xLiMn03(1x)LiMO2(M=Ni，Co，Mn，0x1)、LizMSi0s、LiNiosMn1s04、LiCnP04、Li2MSOF、LiMO2(M=Ni，Co，Mn)；負(fù)極材料要發(fā)展SnCoC合金，Si基負(fù)極包括Si/C和Si0，以及Si基合金。212日本具有代表性的鋰離子動(dòng)力電池企業(yè)為松下電池公司。松下是動(dòng)力電池行業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者，作為Tesla最主要的動(dòng)力電池供應(yīng)商，憑借Tesla的發(fā)展穩(wěn)居市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者地位，全球市場(chǎng)份額在20%左右。目前松下電池主要給ModelS和MndelX提供18650

3、圓柱電池，正極采用鎳鈷鋁三元材料(NCA)，負(fù)極使用硅碳復(fù)合材料，單體能量密度可達(dá)252Whkg-1，而即將使用在Mode13上的21700圓柱形電池單體能量密度更是提高到300Whkg-1是目前行業(yè)內(nèi)能量密度最高的電池。22韓國(guó)221 2011年，韓國(guó)啟動(dòng)了包含鋰離子電池關(guān)鍵材料、應(yīng)用技術(shù)研究、評(píng)價(jià)及測(cè)試基礎(chǔ)設(shè)施以及下一代電池研究的二次電池技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目。LG化學(xué)和三星SDI是具有代表性的韓國(guó)鋰離子動(dòng)力電池企業(yè)，也是動(dòng)力電池領(lǐng)域的后起之秀，兩者憑借先進(jìn)技術(shù)和低價(jià)策略迅速打開(kāi)市場(chǎng)，增速較快。LG化學(xué)動(dòng)力電池正極材料主要是鎳鈷錳三元材料(NMC)；在電池包裝方面，LG化學(xué)采用疊片式軟包設(shè)計(jì)，是全球

4、公認(rèn)的軟包龍頭企業(yè)。目前其能量型單體電池的能量密度為170-180Whkg-1。LG化學(xué)希望到2020年開(kāi)發(fā)出能量密度為200Whkg-1電池和250Whkg-1的富鋰錳基電池。LG化學(xué)主要與通用、雷諾、福特、大眾等國(guó)際廠商合作，其中雷諾Zon和雪佛蘭Volt的暢銷更是使其動(dòng)力電池市場(chǎng)份額提升到全球頂尖水平。222三星SDI動(dòng)力電池正極材料采用三元NMC和NCA材料，負(fù)極材料為石墨，封裝形式以方形電池為主。單體電池現(xiàn)階段的能量密度在170-180Whkg-1，預(yù)計(jì)到2019年，單體電池的能量密度能到250Whkg-1。三星SDI是除松下外最主要的NCA動(dòng)力電池生產(chǎn)廠家，其最大客戶是寶馬公司。2

5、3美國(guó)231美國(guó)一直在大力支持鋰離子動(dòng)力電池。2013年，美國(guó)國(guó)家能源局(DOE)公布電池研發(fā)路線，要求到2022年單體電池能量密度達(dá)到350Whkg-1。為此，美國(guó)先進(jìn)電池聯(lián)盟(USABC)提出的發(fā)展方向是：正極采用高壓三元材料、LiNin，Mn304材料、xLi2Mn03(lx)LiMO2材料等高電壓/高容量材料：采用Si基或Sn基材料作為負(fù)極；電解液使用阻燃電解液、5V高壓電解液以及高低溫性能更好的電解液；隔膜采用陶瓷隔膜。EnviaSysterns公司利用富鋰錳基正極材料x(chóng)Li2Mn03(1x)LiMO2、石墨負(fù)極和高電壓電解液制備的單體電池能量密度達(dá)到250Whkg-1。 3國(guó)內(nèi)發(fā)展

6、現(xiàn)狀311在經(jīng)歷了“十五”計(jì)劃錳酸鋰電池的研發(fā)、“十五”計(jì)劃磷酸鐵鋰電池的推進(jìn)和“十二五”計(jì)劃三元電池的提升之后，我國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模開(kāi)始迅猛增長(zhǎng)，2015年已經(jīng)超過(guò)日本和韓國(guó)達(dá)到全球首位，并于2016年擴(kuò)大了領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。近五年，電池單體能量密度提升了1倍，達(dá)到200Whkg-1，電池系統(tǒng)單位成本下降到15元水平。中國(guó)鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展得益于兩個(gè)方面：(1)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車市：場(chǎng)快速增長(zhǎng)，(2)國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車企業(yè)大量使用本國(guó)的電池。312 2016年，時(shí)代新能源(CATL)、比亞迪、沃特瑪、國(guó)軒高科、力神這五大巨頭占據(jù)近7成的國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池市場(chǎng)，市場(chǎng)集中度進(jìn)一步提升。比亞迪的動(dòng)力電池路線以磷酸

7、鐵鋰為主，正逐步涉足三元電池。產(chǎn)品外形上以方形鋁殼為主，也有部分采用軟包。比亞迪一直以來(lái)堅(jiān)持磷酸鐵鋰路線，目前單體能量密度達(dá)到130Whkg-1，規(guī)劃到2020年達(dá)到200Whkg-1，基本接近理論極限。其新電池在磷酸鐵鋰電池中加人了錳元素，形成了磷酸鐵錳鋰新電池，電池能量密度提升至150Whkg-1。CATL的產(chǎn)品以方形鋁殼電池為主，正極材料包含磷酸鐵鋰和三元材料。在磷酸鐵鋰和三元電池兩條路線上，儲(chǔ)能和大巴因?yàn)榘踩?、成本和產(chǎn)品實(shí)用性的考慮，主要走磷酸鐵鋰的技術(shù)路線，乘用車領(lǐng)域，2015年開(kāi)始CATL全面轉(zhuǎn)向三元材料。目前，CATL在磷酸鐵鋰上可以做到單體能量密度120Whkg-1，三元電池單

8、體電芯的能量密度可實(shí)現(xiàn)250Whkg-1。沃特瑪采用復(fù)合材料作為電池E負(fù)極材料，可以實(shí)現(xiàn)電池能量密度20%左右的提升。目前沃特瑪磷酸鐵鋰電池單體能量密度可達(dá)到180200Whkg-1，電池成組后可達(dá)到100Whkg-1。國(guó)軒高科目前正處于由磷酸鐵鋰向三元轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期。目前，國(guó)軒高科有三元電池產(chǎn)能2GWh、磷酸鐵鋰電池產(chǎn)能35GWh，2017年年底將分別達(dá)到3GWh與5GWh。力神目前總產(chǎn)能達(dá)到3GWh，其中動(dòng)力電池產(chǎn)能為2GWh，絕大部分又為磷酸鐵鋰電池。力神在高能量密度動(dòng)力電池研發(fā)方面進(jìn)行了嘗試，研發(fā)出25Ah實(shí)驗(yàn)電芯，01C時(shí)能量密度為310Whkg-1。313整體而言，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)

9、存在以下幾個(gè)變化：(1)技術(shù)路線逐漸多元化；(2)補(bǔ)貼下降、成本上升；(3)擴(kuò)產(chǎn)周期逐步拉長(zhǎng)，(4)自動(dòng)化程度已遠(yuǎn)超預(yù)期；(5)一些車企開(kāi)始拓展新的應(yīng)用領(lǐng)域，如低速電動(dòng)車、自行車、甚至向海外發(fā)展。4、 目的和意義持續(xù)關(guān)注中國(guó)市場(chǎng)的發(fā)展，提供可行性的方案。促進(jìn)中國(guó)鋰離子電池更快更好的發(fā)展。能夠有效地解決我國(guó)能源短缺和傳統(tǒng)能源使用帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題。新能源清潔干凈、污染物排放很少，是與人類賴以生存的地球生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)的清潔能源，新能源污染物排放很少，采用新能源以逐漸減少和替代化石能源的使用，是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、走經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展之路的重大措施。5、 參考文獻(xiàn)（1）工業(yè)和信息化部，科技部，節(jié)能與新能源

10、汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。（2）工業(yè)和信息化部，發(fā)展改革委，科技部，等，促進(jìn)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)方案。（3）中國(guó)制造2025重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖(2015年版)，節(jié)能與新能源汽車部分。（4）楊曉嬋，日本制半導(dǎo)體制造裝置銷售預(yù)測(cè)J.現(xiàn)代材料動(dòng)態(tài)。（5）李玲，國(guó)內(nèi)車用電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀大盤點(diǎn)J.商用汽車新聞。（6）張承寧，王再宙，宋強(qiáng)，基于傳聲器陣列電動(dòng)汽車用電機(jī)系統(tǒng)噪聲源識(shí)別研究J.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)。（7）何鋒，汽車新能源于節(jié)能。（8）張彥琴，鉛酸蓄電池技術(shù)的發(fā)展J，汽車電器。（9）王俊喜，馬驪歌，電動(dòng)汽車是中國(guó)汽車未來(lái)的發(fā)展方向J,企業(yè)研究。（10）陳宗璋，吳振軍，電動(dòng)汽車動(dòng)力源類型J,大眾用電。（11）EI

11、cctrochemicalEncrgyStoragcTechnicalTeamRoadmap.U.S.DRIVE.（12）0vervicwoftheDOEAdvancedBatteryR&DProgram.DOBsVT0、2015.（13）FiscalYcar2014AnnualProgressReportForEnergyStorage&D.U.S.D0E，2015.（14）歐陽(yáng)明高，新能源汽車研發(fā)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展。（15）KangK,CederG.FactorsthataffectLimobilityinlayeredlithiumtransitionmctaloxidesJ。PhysicalR

12、eviewB.2、 本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）近年來(lái)，我國(guó)為了有效應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境污染的挑戰(zhàn)，并實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展，大力發(fā)展了新能源汽車。鋰離子動(dòng)力電池作為現(xiàn)階段新能源汽車的最優(yōu)選擇同時(shí)也是目前新能源汽車中應(yīng)用最廣泛的電池，其總體性能的提升和成本的降低是各國(guó)電池廠商競(jìng)爭(zhēng)的主要目標(biāo)。目前，國(guó)外的動(dòng)力電池基本上放棄T錳酸鋰和磷酸鐵鋰路線，集中于三元路線；而國(guó)內(nèi)的電力電池主要表現(xiàn)為三元電池和磷酸鐵鋰電池兩種路線并舉。從發(fā)展情況來(lái)看，隨著國(guó)內(nèi)補(bǔ)貼政策對(duì)動(dòng)力電池能量密度要求的提高和消費(fèi)者對(duì)小型化、長(zhǎng)續(xù)航里程需求的加強(qiáng)，三元電池成為主流技術(shù)路線的趨勢(shì)已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)。在動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展的形勢(shì)下，無(wú)論是圓柱電池、方形電池還是軟包電池都在各自擅長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域得到了快速發(fā)展，在封裝路線選擇上，三種電池三