「只有保證材料的安全可靠，才能做出安全穩定的動力電池及電動汽車。」北京當升材料科技股份有限公司董事、總經理李建忠一語道出了動力電池材料的重要性。
伴隨著新能源汽車的發展，動力電池材料研發技術不斷獲得突破，新型電池材料、新型高性能電池產品不斷湧現。當前高比能材料研究進展如何？未來動力電池的發展趨勢又是什麼？
高鎳三元材料仍是主流
目前，新能源汽車主要採用的是鋰離子電池，主要由正極材料、負極材料、隔膜和電解液四部分組成，其中，正極材料是提升電池性能的關鍵，根據使用材料不同，分為鈦酸鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷錳酸鋰(NCM)和鎳鈷鋁酸鋰(NCA)六種。NCM、NCA就是俗稱的三元鋰電池。
由於鈦酸鋰電池和錳酸鋰電池能量密度相對較低，鈷酸鋰電池安全性較差，因此，三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池脫穎而出，分別在新能源乘用車市場及客車市場躋身主流地位。
業內人士指出，國內研發的主要是NCM電池，NCA電池則主要由日韓企業生產。「從目前的材料來看，三元鋰電池從原來的333、523、622一路發展到現在的811，不斷更新升級。」李建忠說。
李建忠提到的幾個數字，指的是電池正極材料中鎳鈷錳的比例，「811」電池就是鎳鈷錳按8:1:1的比例進行搭配的三元鋰電池。
鎳含量越高，動力電池能量密度可上升的空間就越大。「高鎳三元材料仍是主流趨勢，NCM811鎳含量最高已經達到88%。」李建忠介紹說，「通過提升鎳的比重，不僅能實現電池能量密度提升，還減少了鈷的使用，一定程度上緩解了材料價格上漲帶來的成本壓力。」此外，「811」電池還可有效解決電池輕量化問題，在節省空間等方面優於普通三元電池。
億緯鋰能股份有限公司技術部總監何巍表示，能量密度更高、成本更低的鋰離子電池將是車企的核心需求，對於500公裡以上續航能力需求，持續看好三元高能量密度材料；對於350公裡以下的續航能力需求，在中、短期看好磷酸鐵鋰電池。
電池熱穩定性持續提升
作為電動汽車的「心臟」，動力電池及材料的安全性始終是各方關注的焦點。
對三元電池而言，鎳含量不斷提高，用於穩定結構的鈷和錳含量相應降低，電池的穩定性也會大打折扣。對此，李建忠表示，三元材料電池仍有很多技術解決方案有待驗證，但伴隨著技術迭代，動力電池材料在設計、工藝改進、工藝摻雜和處理等方面均有了明顯提升，熱穩定性也有較大改善，「811」電池放熱峰值已達到220-230℃。
記者了解到，對正極材料改性是提高電池材料熱穩定性的有效措施。常用的改性方法有兩種，一種是表面包覆，減少活性材料與電解液之間的反應，同時減少正極材料過充中釋放的氧氣，起到穩定基體材料的作用；另一種是摻雜改性，目的在於提高材料結構穩定性，從而改善材料循環性能。目前，比克電池、力神電池、鵬輝能源、遠東福斯特等動力電池企業都在積極研發三元材料，在包覆、摻雜等環節提出解決方案，開發容量高、循環壽命長、安全性能好的動力電池用正負極材料。
李建忠指出，對於動力電池而言，安全是一個系統問題，並非只取決於材料的某個方面性能。材料、電池設計及製備等各個環節，都與動力電池的安全性能緊密相關，其中任何一個環節出現了問題，都可能給動力電池帶來安全隱患。
新型電池產品不斷湧現
在汽車「新四化」背景下，裡程焦慮、安全焦慮和成本焦慮倒逼動力電池及產業鏈的企業在現有材料體系的基礎上不斷探尋新的方向。固態電池和燃料電池就是其中的代表。
近日，工信部發布的《新能源汽車產業發展規劃(2021-2035年)》(徵求意見稿)顯示，「實施電池技術突破行動，開展正負極材料、電解液、隔膜等關鍵核心技術研究，加強高強度、輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統短板技術攻關，加快固態動力電池技術研發及產業化」，被列為「新能源汽車核心技術攻關工程」。
「氫燃料電池系統的關鍵零部件，如電堆、催化劑、膜電極、雙極板、密封材料等，我國目前已能夠實現國產化，但規模化、批量生產的產業鏈還未完全形成，成本較高。」 清華大學教授李建秋道出了燃料電池的發展現狀。業內專家指出，氫燃料電池更適合長途大型高速重載車輛(重型卡車、物流車、公交車等)，將主要替代柴油機。
固態電池兼顧安全性和續航裡程優勢，正在受到國內外企業的熱捧：贛鋒鋰業年產億瓦時級固態鋰電池中試生產線已正式投產、蔚來與輝能科技合作打造固態電池包樣車、美國能源部撥款用於固態電池的研發工作……專家表示，固態電池並非十全十美，仍有一些關鍵問題有待突破，如倍率性能偏低、充電速度慢、電解質材料缺乏等。
記者注意到，市面上動力電池的新產品還有無鈷電池、四元電池等等。對於未來動力電池新材料、新技術的發展，何巍表示，從產業化角度來看，動力電池新材料、新技術有兩個評價維度，首先是技術成熟度，具備好的技術方向和技術成熟度的產品，才有產業化推廣價值；其次是應用價值，如高鎳材料或NCA，已經在電單車、電動工具等方面擁有近10年的應用經驗，成熟後再應用到新能源汽車上。任何技術的發展都要循序漸進、腳踏實地。