動力電池：高鎳三元是主要發展方向！

動力電池產業的技術創新是從國家到企業都在努力的方向。

鋰離子電池主要由正極材料、負極材料、隔膜、電解質等“四大材料”組成。

放電時鋰離子與電子從負極脫出，電子經由外部電路達到正極，而鋰離子則通過電解液進入正極。鋰離子、正極材料以及電子在正極重新結合完成電流傳導，隔膜主要是將正極和負極隔離從而防止短路。

目前負極材料的研發和生產已比較成熟。而正極材料、隔膜和電解質是鋰離子電池的核心材料，佔據電池成本的70%；其中又以正極材料附加值最高，約佔鋰電池成本的30%。

圖：動力電池各環節成本佔比

這三種核心材料的技術突破，將對鋰離子動力電池的性能提升起到重要推動作用。電芯封裝環節採取不同工藝和相應材料，也對鋰電池的性能產生影響。

正極材料：高鎳三元是主要發展方向

正極材料種類較多，主要包括磷酸鐵鋰（LFP）、錳酸鋰（LMO）、鈷酸鋰（LCO）以及三元鋰，其中三元鋰分爲鎳鈷錳NCM以及鎳鈷鋁NCA，其中鎳鈷錳三元電池依據各個元素的相對佔比可細分爲NCM111、NCM333、NCM523、NCM622以及NCM811，由於三元材料使用了鈷等貴金屬，因此成本相對較高。

動力電池發展初期磷酸鐵鋰最爲主流，主要由於其原材料國內儲備豐富、循環壽命長且安全性能優異，但是磷酸鐵鋰能量密度較低，電池比能量位於100-120Wh/kg區間，上限最多達到160Wh/kg，從而制約純電動汽車的續航里程。2017年工信部發布《汽車產業中長期發展規劃》指出在2020年動力電池單體比能量需達到300Wh/kg，力爭達到350Wh/kg，系統比能量力爭達到260Wh/kg，而到2025年動力電池系統比能量達到350Wh/kg，基於現階段的磷酸鐵鋰比容量正極遠無法達到該標準。

三元鋰電池因爲綜合了鎳帶來的高容量、鈷和錳帶來的高材料穩定性，綜合性能有所提升，目前NCM523和NCM622的能量密度能夠達到180Wh/kg，鎳含量更高的NCM811的能量密度能夠達到220Wh/kg，因此高鎳三元材料能夠滿足動力電池企業日益增長的產品需求，目前市場使用佔比逐年提升，預計後期仍將持續上升。

然而三元材料的熱穩定性相對較差，在200°C外界溫度下易分解釋放出氧氣從而爲電池高溫助燃，而磷酸鐵鋰分解溫度約在700°C並且不會釋放氧氣，因此從熱穩定性（同時也是安全性）來看，磷酸鐵鋰優勢顯著。

目前基於安全性以及行駛里程較爲固定的緣故，商用車仍然較多使用磷酸鐵鋰，而乘用車逐步由磷酸鐵鋰切換到三元鋰技術路線。對於三元鋰而言，鎳含量的提升能夠提升電池比容量，同時降低電池材料的成本，但也會進一步降低熱穩定性。

電池的容量和熱穩定性是當下電池所面臨的一對技術矛盾，而續航里程是純電動汽車當下階段最爲關注的核心指標，在比能量和熱穩定性的權衡上，正極材料的比能量提升技術難度邊際遞增，而熱穩定性短板可通過配套使用效率較高的熱管理系統加以彌補。

表：不同電池正極材料對比