動力電池是影響我國新能源汽車產業發展的重要因素之一，經過行業十余載的探索和努力，我國動力電池產業取得了一定的成果。本文將從動力電池正負極材料和隔膜制備角度，嘗試解析我國動力電池的現狀和未來趨勢。

　　正極材料：三元材料市場占比提升，高鎳是未來發展主流趨勢

　　正極材料是動力電池發展的關鍵技術突破方向，從磷酸鐵鋰、三元再到高鎳三元，動力電池的能量密度得到了不斷的提升。另外，在電池生產成本構成中20%-30%為正極材料，正極材料除了是決定電池能量密度進一步提高的重要因素外，也是決定電池成本和性能的關鍵因素之一。目前，鋰電池正極材料主要包含磷酸鐵鋰(LFP)、錳酸鋰(LMO)、鈷酸鋰(LCO)和三元材料(NCA/NCM)，除了LCO(主要用于3C鋰電池)外，剩下的都可以在動力電池中使用。而三元材料，指的是采用包含鈷、鎳、錳(或鋁)三種元素的三元聚合物。目前，三元材料擁有著最為廣闊的發展前景：相較于其他正極材料，三元材料在能量密度上具有明顯的優勢，同時擁有較長的循環壽命，但在安全性上低于LMO和LFP。

　　2013年以來，全球3C鋰電池市場不斷發展。得益于新能源汽車市場的崛起，動力鋰電池也逐漸成為鋰電池市場迅速發展的重要驅動力之一。新能源汽車產業的蓬勃發展，也促進了動力電池正極材料產量占比的快速增長。作為動力電池主要正極材料的LFP，在2016年以前的產能和產量擴大速度較快，在2016年之后，NCM取代LFP，成為正極材料的主要發展方向

　　三元電池未來需求空間巨大，需求量的復合增速有望達到90%，成為未來幾年動力電池新增需求的主要來源。市場對三元電池需求的高速增長也將帶來三元正極材料需求的不斷上升，由于高鎳三元材料能夠有效帶來高能量密度，高鎳三元材料可能會出現結構性的供需緊張。

　　三元材料原料為鎳鹽、錳鹽和鈷鹽，目前主流技術的發展方向是通過改增加鎳含量、壓實密度和充電電壓上限來提高電池能量密度。但隨著鎳含量的增加，三元材料穩定性會隨之降低，這也是三元材料發展的一大阻力，目前主要解決途徑包括離子摻雜、表面包覆和調整電解液及負極材料等。在實際的生產與制造中，提升正極材料中鎳的占比，在使得電池能密度上升的同時，也意味著安全性能的下降和制備難度的提升。目前，主流三元材料中622型NCM、523型、333型都已經實現量產，但能夠批量生產811型的廠家仍然較少。

　　隨著廠商對市場份額的不斷搶占，正極材料行業競爭將愈發激烈。由于增長需求緩慢，523型、低鎳333型、LFP正極材料產能利用率和利潤率都將出現下降的趨勢。同時由于補貼新政對于提升動力電池能量密度的鼓勵，加上高鎳三元正極材料本身制備技術門檻較高，市場供應量有限，未來仍將呈現緊俏趨勢，這也意味著掌握高鎳材料技術、擁有正極材料研發的公司將在未來的競爭中具有明顯的優勢。

　　石墨烯負極材料性能指標已接近理論值，硅碳有望被大規模應用

　　負極材料在鋰離子電池成本中的占比約為10%-15%，是鋰離子電池的重要組成部分之一，主要包括天然石墨、天然石墨、合金、中間相碳微球和鈦酸鋰等。性能良好的負極材料具備充放電反應的可逆性能好、與電解液兼容性好、較高的比能量、相對鋰電極的電極電勢低的優點。目前，石墨烯負極材料已經發展到比較成熟的階段，未來提升鋰電池能量密度的突破口極有可能為硅碳負極。

　　天然石墨工藝簡單，具備較好的化學穩定性和熱穩定性，但制作成本高，制作工藝復雜;硅碳類復合材料還沒有在國內實現大規模生產，但其比容量較高，但循環性能較差;人造石墨具備較好的安全及循環性能，但成本稍高;中間相炭微球石墨在倍率性能上高出人造石墨與天然石墨于石墨類負極材料。綜合性能與成本來看，目前人造石墨被作為國內新能源汽車動力電池的主要負極材料。區別于正極材料，相較于3C電池負極，動力電池負極工藝難度相對較低。

　　經過一段時間的發展，目前石墨烯負極材料理論上已經不能提升動力電池的能力密度，其性能指標已經接近理論值。隨著行業對動力電池能力密度要求的不斷提升和相關技術的不斷突破，已有錫基、硅基為代表的符合材料應用到電池的生產中，其中最有希望被規模應用的下一代材料極有可能是硅碳負極材料。

　　就產業現狀而言，負極材料集中度相對較高。2017年，中國鋰電池負極材料產量共計14.7萬噸，其中江西紫宸、杉杉股份、貝特瑞產量合計占據市場份額的63%，為9.3萬噸，負極材料市場呈現出寡頭壟斷的形勢。總體而言，負極材料行業格局相對穩定，行業集中度較高，利潤率水平穩定。未來，在硅碳負極產業化實現突破的企業將有望占領更大的市場份額。

　圖2 2017年負極材料市占率

　　(資料來源: GGII)

　　三元鋰電池的不斷發展帶動濕法隔膜成為主流

　　隔膜技術是鋰離子電池組件中技術含量較高的部分之一，其主要作用是隔離正負極的同時，保證鋰離子的通過，對保證鋰電池的安全有著十分重要的作用。目前，隔膜制作工藝包括濕法和干法(見表1)。

　　濕法工藝將液態烴或一些小分子物質與聚烯烴樹脂混合，加熱熔融后，形成均勻的混合物，然后降溫進行相分離，壓制得膜片，再將膜片加熱至接近熔點溫度，進行雙向拉伸使分子鏈取向，最后保溫一定時間，用易揮發物質洗脫殘留的溶劑，可制備出相互貫通的微孔膜材料。日本旭化成、日本東燃、韓國SK等均采用此工藝。應用范圍：高性能鋰離子電池等。干法工藝相對簡單，附加值高，環境友好，但孔徑和孔隙率難以控制，產品難以做薄

　　干法制作工藝又稱熔融拉伸法，是指將聚烯烴樹脂熔融、擠壓、吹膜制成結晶性聚合物薄膜，經過結晶化處理、退火后，獲得高結晶度的結構，并在高溫下進一步拉伸，將結晶界面進行剝離，形成多孔結構以增加薄膜孔徑的制備工藝。濕法工藝薄膜孔徑小而且均勻，薄膜更薄，但是投資大，工藝復雜，環境污染大。

表1 干濕法隔膜比較

　　隨著三元鋰電池的不斷發展，濕法隔膜有望成為技術主流。目前，動力電池主要以三元電池(正極為鎳鈷錳(NCM))和磷酸鐵鋰電池為主，其中碳酸鐵鋰電池主要采用干法隔膜，而濕法隔膜在三元電池的使用比率較高。隨著市場對電池能量密度要求的不斷提高，三元材料等正極材料開始興起，電池隔膜發展方向也開始傾斜。另外，隨著PVDF、陶瓷等涂覆技術的不斷發展，“涂覆+濕法”的生產工業也會明顯改善鋰電池的熱穩定性。此外，由于產業對動力電池安全性要求的不斷提升，高端濕法涂覆作為目前提升電池安全性最有效的方法之一，未來市場需求也將加速提升。

　　隨著新能源汽車產業的蓬勃發展，隔膜產業未來市場景氣，隔膜企業需要具備創新技術、研發力量、有效專利、高端裝備和資金實力。近年來，隔膜產業擴張較快，預計不久后隔膜供需格局將會發生轉變，產能的釋放會帶來激烈的價格競爭，掌握關鍵技術和具有成本優勢的企業有望獲得較大市場份額。

　　結語

　　隨著新能源汽車產業的不斷發展，動力電池產業也將迸發出新的活力，呈現出新的趨勢：高鎳材料是正極材料未來發展主流趨勢;石墨烯負極材料性能指標已接近理論值，硅碳材料有望成為下一代大規模應用的主流材料;而三元鋰電池的不斷發展也將帶動濕法隔膜成為主流。