锂离子电池技术发展现状与
趋势
一、文献综述
1、前言
现阶段，日本、韩国、美国等国家引领锂离子动力电池技术的发展。日本的行业技术水平具有领先优势，韩国的动力电池制造能力处于领先地位，美国则具有引领前沿的科研能力。
2、国外发展现状
2·1日本
2·11 2009年，日本政府推出了RISING计划(创新型蓄电池尖端科学基础研究事业)和U～EAD项目(汽车用下一代高性能电池系统)，并于2013年更新了动力电池技术发展路线图(RM2013)，具体指标有2020年电池的续航里程实现250～350km·电池系统总电量达到25～35kW·h，电池能量密度实现250Wh· kg-1，功率密变达到1500W·kg-1，循环寿命达到1000-1500次，价格成本降低到2万日元/W·h。RM2013指明了电极材料的发展方向，正极材料要发展xLiMn03·(1～x)LiMO2(M=Ni，Co，Mn，0≤x≤1)、LizMSi0s、LiNiosMn1s04、LiCnP04、Li2MSO·F、LiMO2(M=Ni，Co，Mn)；负极材料要发展Sn～CoC合金，Si基负极包括Si/C和Si0，以及Si基合金。
2·12日本具有代表性的锂离子动力电池企业为松下电池公司。松下是动力电池行业的领导者，作为Tesla最主要的动力电池供应商，凭借Tesla的发展稳居市场领导者地位，全球市场份额在20%左右。目前松下电池主要给ModelS和MndelX提供18650圆柱电池，正极采用镍钴铝三元材料(NCA)，负极使用硅碳复合材料，单体能量密度可达252Wh·kg-1，而即将使用在Mode13上的21700圆柱形电池单体能量密度更是提高到300Wh·kg-1·是目前行业内能量密度最高的电池。
2·2韩国
2·21 2011年，韩国启动了包含锂离子电池关键材料、应用技术研究、评价及测试基础设施以及下一代电池研究的二次电池技术研发项目。LG化学和三星SDI是具有代表性的韩国锂离子动力电池企业，也是动力电池领域的后起之秀，两者凭借先
进技术和低价策略迅速打开市场，增速较快。LG化学动力电池正极材料主要是镍钴锰三元材料(NMC)；在电池包装方面，LG化学采用叠片式软包设计，是全球公认的软包龙头企业。目前其能量型单体电池的能量密度为170-180Wh·kg-1。LG化学希望到2020年开发出能量密度为200Wh·kg-1电池和250Wh·kg-1的富锂锰基电池。LG化学主要与通用、雷诺、福特、大众等国际厂商合作，其中雷诺Zon和雪佛兰Volt的畅销更是使其动力电池市场份额提升到全球顶尖水平。
2·22三星SDI动力电池正极材料采用三元NMC和NCA材料，负极材料为石墨，封装形式以方形电池为主。单体电池现阶段的能量密度在170-180Wh·kg-1，预计到2019年，单体电池的能量密度能到250Wh·kg-1。三星SDI是除松下外最主要的NCA 动力电池生产厂家，其最大客户是宝马公司。
2·3美国
2·31美国一直在大力支持锂离子动力电池。2013年，美国国家能源局(DOE)公布电池研发路线，要求到2022年单体电池能量密度达到350Wh·kg-1。为此，美国先进电池联盟(USABC)提出的发展方向是：正极采用高压三元材料、LiNin，Mn304材料、xLi2Mn03·(l～x)LiMO2材料等高电压/高容量材料：采用Si基或Sn基材料作为负极；电解液使用阻燃电解液、5V高压电解液以及高低温性能更好的电解液；隔膜采用陶瓷隔膜。EnviaSysterns公司利用富锂锰基正极材料xLi2Mn03·(1～x)LiMO2、石墨负极和高电压电解液制备的单体电池能量密度达到250Wh·kg-1。
3国内发展现状
3·11在经历了“十五”计划锰酸锂电池的研发、“十～五”计划磷酸铁锂电池的推进和“十二五”计划三元电池的提升之后，我国锂离子电池产业规模开始迅猛增长，2015年已经超过日本和韩国达到全球首位，并于2016年扩大了领先优势。近五年，电池单体能量密度提升了1倍，达到200Wh·kg-1，电池系统单位成本下降到15元水平。中国锂离子动力电池产业持续发展得益于两个方面：(1)国内电动汽车市：场快速增长，(2)国内电动汽车企业大量使用本国的电池。
3·12 2016年，时代新能源(CATL)、比亚迪、沃特玛、国轩高科、力神这五大巨头占据近7成的国内动力电池市场，市场集中度进一步提升。比亚迪的动力电池路线以磷酸铁锂为主，正逐步涉足三元电池。产品外形上以方形铝壳为主，也有部分采用软包。比亚迪一直以来坚持磷酸铁锂路线，目前单体能量密度达到130Wh·kg-1，
规划到2020年达到200Wh·kg-1，基本接近理论极限。其新电池在磷酸铁锂电池中加人了锰元素，形成了磷酸铁锰锂新电池，电池能量密度提升至150Wh·kg-1。CATL的产品以方形铝壳电池为主，正极材料包含磷酸铁锂和三元材料。在磷酸铁锂和三元电池两条路线上，储能和大巴因为安全、成本和产品实用性的考虑，主要走磷酸铁锂的技术路线，乘用车领域，2015年开始CATL全面转向三元材料。目前，CATL在磷酸铁锂上可以做到单体能量密度120Wh·kg-1，三元电池单体电芯的能量密度可实现250Wh·kg-1。沃特玛采用复合材料作为电池E负极材料，可以实现电池能量密度20%左右的提升。目前沃特玛磷酸铁锂电池单体能量密度可达到180～200Wh·kg-1，电池成组后可达到100Wh·kg-1。国轩高科目前正处于由磷酸铁锂向三元转型的关键时期。目前，国轩高科有三元电池产能2GW·h、磷酸铁锂电池产能3·5GW·h，2017年年底将分别达到3GWh与5GW·h。力神目前总产能达到3GW·h，其中动力电池产能为2GW·h，绝大部分又为磷酸铁锂电池。力神在高能量密度动力电池研发方面进行了尝试，研发出2·5Ah实验电芯，0·1C时能量密度为310Wh·kg-1。
3·13整体而言，国内动力电池产业存在以下几个变化：(1)技术路线逐渐多元化；(2)补贴下降、成本上升；(3)扩产周期逐步拉长，(4)自动化程度已远超预期；
(5)一些车企开始拓展新的应用领域，如低速电动车、自行车、甚至向海外发展。
4、目的和意义
持续关注中国市场的发展，提供可行性的方案。促进中国锂离子电池更快更好的发展。能够有效地解决我国能源短缺和传统能源使用带来的环境污染问题。新能源清洁干净、污染物排放很少，是与人类赖以生存的地球生态环境相协调的清洁能源，新能源污染物排放很少，采用新能源以逐渐减少和替代化石能源的使用，是保护生态环境、走经济社会可持续发展之路的重大措施。
