动力电池技术发展预测：中长期或有突破

正如现有锂离子电池技术取代铅酸电池技术应用于电动车，其他可能成为动力电池的材料技术体系也在持续研发并取得进展，期待有朝一日取代现有锂离子电池技术。一方面，“挑战者”技术需具备非常高的单体和系统能量密度；另一方面，鉴于锂离子电池的综合性能在二次电池中相当均衡，“挑战者”技术也不能在其他技术指标上明显落后。

为了保证高能量密度上限，“挑战者”技术的活性材料包含高容量、电压正极材料，高容量、低电压负极材料中的一种或两种；为了发挥高能量密度并维持综合性能，除了对活性材料进行各种改性优化外，辅助组元电 解质也衍生出了各类液态（搭配隔膜）、固态材料体系。

前瞻性高能量密度动力电池材料体系的理论性能

资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心

通过技术特征区分，前瞻性动力电池技术包括富锂锰基正极技术，锂硫电池技术，以锂空气电池技术为代表的金属空气电池技术。从中长期时间尺度看，新一代动力电池技术或有望在上述三种电池技术中诞生，最终 技术成熟判别标准应为搭载新型动力电池的乘用车/商用车实现多车综合工况长时间试运营。

固态电池基本结构示意

资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心

1、富锂锰基电池技术：比容量电压双高，业界多点已布局

富锂锰基电池技术是以 xLi2MnO3•(1-x)LiMO2 富锂锰基固溶体为正极的电池技术，M可为锰、钴、镍、铁 等过渡金属元素。富锂锰基固溶体可通过固相法、共沉淀法、溶胶-凝胶法、喷雾干燥法和水热法等传统无机非 金属粉体工艺合成，比容量可达约 300mAh/g，首次循环对锂电压可达约4.8V，均超过 NMC811/NCA 等高镍三元正极材料。富锂锰基固溶体具有良好的环境相容性和较低的材料成本；鉴于相应电池可以使用石墨/硅碳复合材料作为负极，其和现有锂离子电池技术体系兼容性也较好。富锂锰基电池技术有望获得超过400Wh/kg 的单 体能量密度。

富锂锰基正极材料基本结构

资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心

富锂锰基正极材料的主要问题在于电导较低且结构稳定性差循环过程中容易发生离子混排和相变，故其首次循环容量退降，倍率性能较差，导电性较差，电压降较严重，且对锂电压较高也导致难于选择合适的电解液。 鉴于此，颗粒纳米均一化、体相掺杂改性、表面处理与包覆改性、高压电解液匹配和固体电解质研发等成为富锂锰基电池技术的主要发展方向。

多家高校/研究机构/企业在富锂锰基正极材料方面投入研发、取得了一定进展。如中科院宁波材料研究所研发富锂锰基固溶体、导电剂、高电压电解液和隔膜等材料体系；江苏清陶能源投资 3 亿元建设年产 1800 吨锂离 子固态电解质陶瓷材料和 1200 吨富锂锰基正极陶瓷材料的产线等。

2、锂硫电池技术：正负极万众瞩目，技术难关盼跨越

锂硫电池技术是指以金属锂为负极，以非金属硫为正极的电池技术。电池充放过程中，锂离子往返于正负极之间，单质硫和多硫化锂互相转化。鉴于金属锂的强还原性和非金属硫的较强氧化性，锂硫电池活性物质的 理论能量密度甚至可接近燃油水平。

锂硫电池的基本结构

资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心

锂硫电池存在的问题相对较多，包括金属锂在循环过程中的形貌改变，金属锂和电解液的不可逆反应，非金属硫在循环过程中的副反应和“穿梭效应”等，这导致了电池的容量衰减较严重、倍率性能较低、循环寿命 较低、安全性不足、自放电较显著等问题。鉴于此，正负电极改性、电解液/固态电解质材料体系设计和电池结 构单元设计等方面工作都有研究者涉及。总体而言，锂硫电池技术成熟度较低。

3、金属空气电池技术

金属空气电池是指以金属单质（以锂为代表）为负极，以空气（氧气）为正极的电池技术，其理论能量密度也可和燃油相比。

金属（锂）空气电池的几种基本结构

资料来源：公开资料，立鼎产业研究中心

金属空气电池存在的问题较多，除金属在循环过程中的形貌改变外，吸氧/氧还原催化剂的活性，以及电解质材料体系和电极材料的相容性问题等都有待解决。当前的电化学可充金属空气电池倍率性能较差，能量循环效率低，循环寿命低，总体技术成熟度低。而负极可更换的金属空气二次电池相对进展较多，有可能是金属空气电池用作动力电池的合适方向。

我们认为，前瞻性动力电池技术在理化机理、综合性能方面不同程度存在问题，短时间内难以满足新能源汽车的需求，中长期技术或有突破。