锂电池发展趋势及能源管理技术

（1）锂离子电池的市场趋势

中国作为全球锂离子电池发展最活跃的地区，锂离子电池市场规模逐年增长。2017年中国锂离子电池销售收入达1 589亿元，同比增长19.5%；锂离子电池产量为1 009亿W·h，同比增长15.6%。2018年，锂电池销售收入达到1 882亿元人民币（其中动力电池市场规模为820亿元），2019年跨过了2 000亿元大关，2021年将超过3 000亿元。

从2016年开始，新能源汽车已是带动锂离子电池快速增长的最大引擎，预计未来5~10年，新能源汽车仍将是拉动锂离子电池出货量增长的主要动力。储能市场逐渐进入快速期，对锂离子电池的需求有望提速。国内储能锂离子电池除了满足国内需求，也将批量出口到欧美、澳洲、东南亚等地。3C数码及小动力市场增速有限，特别是3C数码领域短期很难再快速增长。小动力市场将维持较高速增长，主要替代铅酸、镍氢电池市场。

（2）锂离子电池的材料趋势

锂离子电池组成成分主要包括正极、负极、电解质（电解液）和隔膜四大类材料，其中正极材料直接决定了锂离子电池的安全特性和能否做到大容量，是最关键的材料。根据正极材料的不同，锂离子电池主要可以分为钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料4种类型。不同正极材料锂离子电池特性对比见表3.4。

表3.4　不同正极材料锂离子电池特性对比

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钴酸锂电池是最早出现的锂离子电池类型，高低温充放电性能稳定，但是安全性较差，且因用到稀土元素钴导致价格昂贵且污染环境，目前主要应用于便携式设备上。

锰酸锂电池拥有较高的放电平台，安全性相对于钴酸锂电池有所提高并且成本低廉，但是比能量较低、循环性能特别是高温性能较差，如何提高锰酸锂电池的能量密度和高温特性是研究热点。

磷酸铁锂电池在三者中商品化最晚，具有较好的热稳定性和循环特性，对环境友好，但是磷酸铁锂电池电压平台比其他锂离子电池要低0.5 V左右，且体积比容量稍大，生产时严格的无氧环境导致成本升高且产品一致性较差，低温性能较差，低温特性和倍率特性是磷酸铁锂电池改进的方向。

三元材料是由3种电极材料共融而成的复合电极材料，理论上兼具每种电极材料的特性和优势，目前最常见的是NCA和NCM。其中，NCM是通过调配镍、钴、锰三者的比例，得到不同的电极特性，是目前主流的三元材料，也被认为是目前最具有应用前景的正极材料之一。

根据工信部发布的《节能与新能源汽车技术路线图》，2020年的纯电动汽车动力电池的能量密度目标为350 W·h/kg，2025年目标为400 W·h/kg，2030年目标为500 W·h/kg。要达到2020年的阶段性目标350 W·h/kg，在能量密度上具有优势的NCM三元材料无疑是目前可行性方案中的最优之选。

2017年以来，不少动力电池厂家都在加速高镍三元电池的产业化进程，国内高镍三元电池的研发和生产均已呈现燎原之势。虽然目前三元电池企业主要应用的还是NCM523和NCM622电池，但是NCM811已经进入部分动力电池企业的材料供应链。随着材料体系的高镍化进程，预计国内三元电池企业将开始批量应用NCM811高镍三元材料，电池单体能量密度将从200W·h/kg向250~300W·h/kg迈进。