安富强等：纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展 .25. 2020年、2025年、到最终的2030年，我们的电池单 体电池的成本则需要从0.6~1.0MB.W·h1 体的能量密度计划则是从300~350W·hkg-1、400 0.5~0.8RMBW-h-1到0.4~0.6RMB-Wh-1. Whkg-1最终达到500Whkg-1进行三步走.单 (a) 500 b)o13口×1 500▲×1 5004x2 600 1.2 450 ..0 1.0 中国2025 400 8400▲×2 0.8口×2 350 350▲×1 0.8≥ 三400 ★ 3504×1 0.6■x1 350aX1 UsABC 细 NEDO ★中国 300 300公× ●美国 2604×1 005×1 280△×1 ●日本 0250a×1 0.4■×10.4 ◆韩国 能量密度成本 200 单体： ▲ ■ 200 系统： 4 ◇ 0.2 150 2020 2025 2030 2020 2025 2030 年份 年份 图4动力电池发展规划.()不同国家纯电动车动力电池发展规划：(b)我国动力电池相关技术指标规划情况 Fig.4 Development planning for power batteries:(a)development planning in various countries;(b)development planning in China regarding crit- ical technical indicators of power batteries 于动力电池质量能量密度影响最大的材料为电池正 2动力电池原材料的发展现状 负极材料. 在动力电池技术开发创新过程中，国内外的企 2.1正极材料的发展现状 业和科研院所都在进行研究，电池的性能指标不断 2.1.1正极材料的产业化进展 提高，其中首要的因素就是电池材料的技术进步. 一般认为到目前为止，动力电池的商业化材料 电池的原材料主要包括正负极材料、隔膜、电解 主要有钴酸锂(LC0)、锰酸锂(LMO)、磷酸铁锂 液、电极辅材（箔材，导电剂和黏结剂）和电池辅料 (LFP)和三元材料（镍钴锰NCM/镍钴铝NCA),从 (胶带、极耳、铝塑膜/铝壳等壳体).目前动力电池 发展趋势来看存在三代路线.各代材料的主要性能 的主要关键材料比如正负极材料、隔膜和电解液产 对比如图5所示，不同正极材料在电动汽车中的典 业化程度很高，前沿的研究开发比较广泛.其中对 型应用见表2. 5.0 能量 a LiNio3Com33Mno350, (b) LiCoO, 4.0 LiNinsCoosAl0O LiMn,O. 寿命 成本 LiFePO, ◆-LCO 3.0 LMO LiFeSO F ◆LFP NCM/NCA 50 100 150 200 250 克容量发挥mAh~g) 功率 安全 图5不同正极材料的性能特点.(a)典型放电曲线图)：(b)材料性能曲线比较图 Fig.5 Features of various positive materials:(a)discharge profile(b)performance comparison 第一代动力电池正极材料是钴酸锂LiC0, 短，安全性差限制了其在电动车领域的应用. (LC0)材料，LiCO2材料由于具有很高的能量密度， 第二代动力电池的正极材料为锰酸锂LiMn20, 并且由于其应用在18650型圆柱电池中，其产业成 (LMO)和磷酸铁锂LiFePO,(LFP).锰酸锂具有原 熟度较高且在数码领域上得到广泛应用，在电动车 材料成本低，功率性很好且材料安全性优良等特点， 上得到很快的转换应用.但人们很快发现CO,本 但材料克容量较低，高温循环性能差，限制了其在纯 身具有很多先天缺陷，比如材料成本很高，寿命较 电动汽车中的应用，目前基本只应用在混动电动汽安富强等: 纯电动车用锂离子电池发展现状与研究进展 2020 年、2025 年、到最终的 2030 年,我们的电池单 体的能量密度计划则是从 300 ~ 350 W·h·kg - 1 、 400 W·h·kg - 1最终达到 500 W·h·kg - 1进行三步走. 单 体电池的成本则需要从 0郾 6 ~ 1郾 0 RMB·W·h - 1 、 0郾 5 ~ 0郾 8 RMB·W·h - 1到 0郾 4 ~ 0郾 6 RMB·W·h - 1 . 图 4 动力电池发展规划. (a) 不同国家纯电动车动力电池发展规划; (b) 我国动力电池相关技术指标规划情况 Fig. 4 Development planning for power batteries: (a) development planning in various countries; (b) development planning in China regarding crit鄄 ical technical indicators of power batteries 2 动力电池原材料的发展现状 在动力电池技术开发创新过程中,国内外的企 业和科研院所都在进行研究,电池的性能指标不断 提高,其中首要的因素就是电池材料的技术进步. 电池的原材料主要包括正负极材料、隔膜、电解 液、电极辅材(箔材,导电剂和黏结剂) 和电池辅料 (胶带、极耳、铝塑膜/ 铝壳等壳体). 目前动力电池 的主要关键材料比如正负极材料、隔膜和电解液产 业化程度很高,前沿的研究开发比较广泛. 其中对 于动力电池质量能量密度影响最大的材料为电池正 负极材料. 2郾 1 正极材料的发展现状 2郾 1郾 1 正极材料的产业化进展 一般认为到目前为止,动力电池的商业化材料 主要有钴酸锂( LCO)、锰酸锂( LMO)、磷酸铁锂 (LFP)和三元材料(镍钴锰 NCM/ 镍钴铝 NCA),从 发展趋势来看存在三代路线. 各代材料的主要性能 对比如图 5 所示,不同正极材料在电动汽车中的典 型应用见表 2. 图 5 不同正极材料的性能特点. (a) 典型放电曲线图[3] ; (b) 材料性能曲线比较图 Fig. 5 Features of various positive materials: (a) discharge profile [3] ; (b) performance comparison 第一代动力电池正极材料是钴酸锂 LiCO2 (LCO)材料,LiCO2 材料由于具有很高的能量密度, 并且由于其应用在 18650 型圆柱电池中,其产业成 熟度较高且在数码领域上得到广泛应用,在电动车 上得到很快的转换应用. 但人们很快发现 LiCO2 本 身具有很多先天缺陷,比如材料成本很高,寿命较 短,安全性差限制了其在电动车领域的应用. 第二代动力电池的正极材料为锰酸锂 LiMn2O4 (LMO)和磷酸铁锂 LiFePO4 ( LFP). 锰酸锂具有原 材料成本低,功率性很好且材料安全性优良等特点, 但材料克容量较低,高温循环性能差,限制了其在纯 电动汽车中的应用,目前基本只应用在混动电动汽 ·25·