电池材料——绿色交通的助推器
□  中国化信储能材料信息研究中心   李舜

新能源汽车有望实现绿色交通
  　随着民众消费能力与消费意愿的不断提升，汽车正大踏步地走入寻常人家，一个规模庞大的汽车消费市场自
然而然地形成了。2010年，我国汽车产销量双双突破1800万辆，蝉联世界第一，民用汽车保有量也已超过9000
万辆。然而，我们也应看到，汽车总量的增长必然会加快石油消耗量的进一步提升，据测算，2010年我国全社会
车用燃料消耗超过1.5亿t，占全年石油消费总量的34%，预计2015年这一数字将达2.2亿t，占比也将超过43%。
这对于石油资源紧张的我国来说，无疑形成巨大的压力(见图1)，与此同时碳排放、空气污染、道路交通拥堵……
种种负面影响也逐渐显现，全社会对绿色交通的需求越来越迫切。新能源汽车在这样的大背景下应运而生，混合
动力汽车、插电式混合动力汽车、纯电动汽车、燃料电池汽车正从概念走向产业，走进我们的生活。
  　与传统的汽油机汽车相比，现阶段电动汽车的全生命周期能量利用效率明显高出前者（见表1）。作为新能源
汽车终极目标的燃料电池汽车，未来将更加节能，例如日本丰田公司的目标是实现三倍于现有传统汽车的能量效
率。届时汽车对于传统化石能源的需求将大大降低，真正意义上的绿色交通将不再遥不可及。
                   表1  汽油机汽车与电动汽车能量利用效率比较
汽车种类                  WTT                   TTW                    WTW
汽油机汽车                85%(75%)            17.9%(18.9%)            15%(14.2%)
电动汽车               42%(38.1%)               67%(60%)                28%(22.9%)
注：WTT-Well To Tank，TTW-Tank To Wheel，WTW-Well To Wheel；（）内指标为中国数据。

电池材料为“绿色”筑起坚实基础
  　虽然燃料电池汽车是新能源汽车发展的终极目标，但其仍有相当多的技术问题尚待攻克，因此，混合动力汽
车与纯电动汽车将在未来较长的一段时间内充当过渡车型。
  　动力电池是电动汽车的心脏，同时也是现阶段发展道路上最大的瓶颈。对于应用于电动汽车领域的电源体系，
业界普遍看好锂离子电池。正负极、隔膜、电解液等四大关键材料就像钢筋水泥一样为锂离子电池这栋大厦构筑
起了框架，其他材料如粘结剂、导电剂、极耳、铝塑复合膜（软包电池）等，同样起到了不可替代的作用（见表
2）。目前这些关键材料在我国均实现了本土化生产，但其质量与国外先进水平相比还存在一定差距。其中，正极
材料体系最为复杂，也是目前研究和产业化的热点所在。
  　从表3中可以看出，中、日、韩等国动力电池企业采用的正极材料体系各有侧重，我国企业以磷酸铁锂为主，
日韩企业以锰酸锂和三元材料为主。各种材料体系的优势各异，业界对今后的技术发展方向也众说纷纭。
  　然而，无论技术如何发展，终究要落脚到市场和消费者身上。从消费者的角度来说，其对于新能源汽车的要
求往往并非首先考虑节能减排，而是使用体验是否发生变化以及成本是否合算，百公里加速、续航里程、充换电
的便捷性等因素才是关键，这就对车用动力电池组提出了相当高的要求，然而就目前的技术水平来说，尚无一种
材料体系能够完全达到这一标准。磷酸铁锂具有一定成本优势，其安全性和循环寿命好，但是低温性能不佳，压
实密度也较低；锰酸锂材料成本低、安全性好，压实密度较磷酸铁锂高，但其循环寿命不及前者，高温性能也是
一大缺陷；三元材料中和了钴酸锂和锰酸锂的优点，比容量高、加工性能较好、放电平台高，但其价格相对较高，
循环寿命不具优势。
  　今后，电池材料的发展趋势是运用改性手段不断提升材料性能，并着手开发新的材料体系。改性的手段目前
主要为纳米化与元素掺杂，新的材料体系则包括富锂材料、硅酸盐材料、合金负极、过渡金属氧化物负极、硅负
极等。技术进步需要基础研究指引道路，同时也需要化学工业在产业化方面提供强有力的支撑。
    作为精细化工的高附加值外延产业，电池材料产业正苦练内功，为迎接今后的市场爆发积蓄力量。

表2  常见锂离子电池材料体系
组成部分                      常用材料
正极    活性物质：磷酸铁锂、三元材料、锰酸锂、钴酸锂等
        导电物质：乙炔黑、石墨粉
        粘结剂：PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）
        集流体：铝箔
负极    活性物质：石墨、中间相炭微球等
        导电物质：乙炔黑
        粘结剂：PTFE（聚四氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）
        集流体：铜箔
隔膜    聚烯烃微孔隔膜
电解液    溶剂：碳酸乙烯酯（EC）、碳酸丙烯酯（PC）、碳酸二甲
        酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、二甲氧基乙烷（DME）等
        溶质：六氟磷酸锂、四氟硼酸锂等

表3  世界主要锂离子动力电池生产商用材料体系
国家和地区           企业名称             正极材料体系
中国大陆            力神        磷酸铁锂、三元NCM、锰酸锂
中国大陆            比克                 磷酸铁锂
中国大陆            光宇                 磷酸铁锂
中国大陆           比亚迪                 磷酸铁锂
中国大陆        ATL（新能源）    磷酸铁锂、三元NCM、锰酸锂
中国台湾            有量        磷酸铁锂、三元NCM、锰酸锂
中国台湾            兰阳                 磷酸铁锂
中国台湾            必翔                 磷酸铁锂
中国台湾            昇阳                 磷酸铁锂
中国台湾            能元             磷酸铁锂、锰酸锂
日本                东芝                  锰酸锂
日本                松下           三元NCM/NCA、镍氢电池
日本                三洋                三元NCM、镍氢电池
日本                SONY                 磷酸铁锂
日本                NEC                         锰酸锂
韩国                LGC                            锰酸锂
韩国        SBL(三星与BOSCH合资)          锰酸锂
美国               A123                       磷酸铁锂
美国       江森自控（Johnson-control）      三元NCA
美国             EnerDel                锰酸锂、三元NCM
注：NCM（镍钴锰）、NCA（镍钴铝）