在年初舉辦的中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇(2016)上，工業(yè)和信息化部裝備司司長(zhǎng)張相木表示，工信部將組織開展對(duì)三元鋰電池的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，在評(píng)估完成前，暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄；近日又傳一眾車企負(fù)責(zé)人已趕赴北京，商討關(guān)于純電動(dòng)商用車不再使用三元材料動(dòng)力電池的相關(guān)事宜。這些新聞，似乎給備受追捧的三元材料電池潑了一盆冷水。

自1991年日本Sony公司研制并實(shí)現(xiàn)了鋰離子電池的商品化以來(lái)，鋰離子電池就以其質(zhì)量輕、體積小、比能量高、自放電小、循環(huán)性能好、污染小和無(wú)記憶效應(yīng)等特點(diǎn)，成為了21世紀(jì)最具有應(yīng)用前景的綠色二次電池之一。

1.從被關(guān)注到研究突破

“鋰離子電池正極材料”，般選用過(guò)渡性金屬氧化物，目前所用的正極材料主要是鈷、鎳、錳的氧化物，如鈷酸鋰(LithiumCobaltOxide)、鎳酸鋰(LithiumNickelOxide)、錳酸鋰(LithiumManganeseOxide)、磷酸鐵鋰(LiFePO4)、鎳鈷錳三元材料。

從上表可以看出，消費(fèi)類電池對(duì)能量密度要求較高，主要采用鈷酸鋰，但鈷是戰(zhàn)略資源，有毒性，且價(jià)格高、安全性能差。鎳鈷錳酸鋰三元正極材料比容高、循環(huán)性能能好、熱穩(wěn)定性好、成本低，是一種理想的鋰離子電池正極材料，逐漸擠壓鈷酸鋰的市場(chǎng)份額。

“三元材料”卻以其低成本和良好的電化學(xué)性能引起了人們的關(guān)注。不過(guò)，三元材料本身也存在著缺陷，想要在高端市場(chǎng)和動(dòng)力型市場(chǎng)占據(jù)主導(dǎo)地位，還需要不斷地探索。

隨著“三元材料”前驅(qū)體制備工藝和粉體燒結(jié)技術(shù)的提高，以及微米級(jí)一次顆粒三元材料合成的成功，如今的”三元正極材料”已具有更加完整的晶體結(jié)構(gòu)、較高的壓實(shí)密度和優(yōu)異的電極加工性能，它的壓實(shí)密度已接近鈷酸鋰的水平。

三元材料的種類很多，如上圖所示，按照過(guò)渡金屬離子相對(duì)含量的不同，目前商業(yè)化的三元系列的材料可分為以下幾種：LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2(簡(jiǎn)稱111三元材料)、LiNi0.4Co0.2Mn0.4O2(簡(jiǎn)稱424三元材料)和LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(簡(jiǎn)稱523三元材料)。

其中，關(guān)于111的研究和實(shí)際應(yīng)用最多。此外，基于減少Co的含量以降低成本，同時(shí)降低材料中電化學(xué)非活性Mn的含量，從而提高材料的比容量的考慮，LiNi0.4Co0.4Mn0.2O2(442)和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(811)也受到關(guān)注。

2.專利技術(shù)集中，中國(guó)需加強(qiáng)海外布局

對(duì)世界范圍內(nèi)‘三元正極材料’的相關(guān)專利進(jìn)行檢索，得到鎳鈷錳三元復(fù)合正極材料領(lǐng)域的專利共有8811件，合并同族以后，共有專利族總數(shù)為4531件，其中，在中國(guó)申請(qǐng)的專利有1768件；在國(guó)外申請(qǐng)的專利2763件。

從上圖中可知，三元正極材料的主要專利集中在日、中、韓、美、歐洲這幾個(gè)技術(shù)大國(guó)手中，幾乎占據(jù)了全球總申請(qǐng)量的70%左右；而前6名占了全球?qū)＠暾?qǐng)總量的90%。

在中國(guó)專利布局最多的國(guó)家有日本、韓國(guó)、美國(guó)、德國(guó)等，分別占中國(guó)專利申請(qǐng)總量的26%、5%、2%和1%。

日本、韓國(guó)和美國(guó)的電池技術(shù)向來(lái)先進(jìn)，它們也非常重視三元正極材料的研發(fā)，擁有較多核心專利，并且憑借大量的專利在中國(guó)進(jìn)行專利布局，構(gòu)筑專利保護(hù)網(wǎng)。

“三元材料”技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠喾植荚贖01M4/505（嵌入輕金屬且含錳的混合氧化物或氫氧化物，如LiMn2O4）、H01M4/525（嵌入輕金屬且含鐵、鈷或鎳的混合氧化物或氫氧化物）。

另外，分類號(hào)H01M4/04是屬于活性材料電極材料的制作方法；分類號(hào)H01M4/136基于除氧化物或氫氧化物以外的無(wú)機(jī)化合物的電極；分類號(hào)H01M4/66是活性材料載體或集電器材料的選擇，囊括了鋰電池電極的所有主要技術(shù)點(diǎn)。

中國(guó)和日本在H01M4/505、H01M4/525方面總量較多，且占比較大；而在H01M4/131、H01M4/485方面，日本專利比例大于中國(guó)專利；不過(guò)在H01M4/1391、H01M4/1397方面，中國(guó)的占比還是大于日本。另外，美國(guó)在H01M4/131、H01M4/485小類的專利申請(qǐng)量比例接近日本和中國(guó)在該領(lǐng)域的占比，明顯優(yōu)于其在H01M4/505、H01M4/525中比例。

鋰電正極材料廠商雖然集中于日本、韓國(guó)和中國(guó)，但從技術(shù)水平上來(lái)看，日本和韓國(guó)的企業(yè)相比國(guó)內(nèi)企業(yè)具有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。國(guó)內(nèi)企業(yè)雖然在全球正極材料的總體份額較高，但主要是為消費(fèi)電子鋰電池進(jìn)行供貨，產(chǎn)品定位相對(duì)低端、同質(zhì)化較為嚴(yán)重。

中、美、日、韓四國(guó)占據(jù)了三元正極材料技術(shù)領(lǐng)域?qū)＠暾?qǐng)量的76.3%，在中國(guó)的申請(qǐng)人排名中，前15位幾乎都是外國(guó)公司，其中以日本、韓國(guó)、美國(guó)公司居多。

而比亞迪、科捷等國(guó)內(nèi)公司排名并不靠前，這從側(cè)面反映出日美韓等國(guó)企業(yè)在全球多個(gè)國(guó)家都進(jìn)行了專利布局，相比之下，中國(guó)企業(yè)和科研單位在海外的專利布局比較少，這意味著，雖然在中國(guó)申請(qǐng)的三元正極材料領(lǐng)域的專利相對(duì)世界范圍內(nèi)三元材料技術(shù)領(lǐng)域的專利比例很大，但其中不少是來(lái)自國(guó)外的申請(qǐng)人在中國(guó)申請(qǐng)的專利。

3.市場(chǎng)是風(fēng)向標(biāo)，前景依舊看好

2015年中國(guó)市場(chǎng)動(dòng)力電池出貨量約為15.7G瓦時(shí)，同比增長(zhǎng)324%，其中三元電池是約4.26G瓦時(shí)，占27%。磷酸鐵鋰是10.86G瓦時(shí)，占比69%，其它材料比重較小。

從應(yīng)用層面來(lái)看，乘用車、客車和專用車的比例與電池比例類似，目前客車使用的電池還是以磷酸鐵鋰為主。

磷酸鐵鋰技術(shù)成熟、安全性高，致命性缺點(diǎn)是低溫性能差。一塊容量為3500mAh的電池，在-10℃的環(huán)境中工作，經(jīng)過(guò)不到100次的充放電循環(huán)，電量將急劇衰減至500mAh。

而三元材料電池優(yōu)點(diǎn)是：能量密度高、放電電壓高、低溫性能好，可以適應(yīng)全天候的氣溫。但三元鋰材料在200度左右會(huì)發(fā)生分解，磷酸鐵鋰會(huì)分解的溫度是800度左右。三元鋰材料的化學(xué)反映更加劇烈，會(huì)釋放氧分子，在高溫作用下電解液迅速燃燒，發(fā)生連鎖反應(yīng)。

2015年三元電池市場(chǎng)開始發(fā)力，目前行業(yè)的第一梯隊(duì)是CATL和力神這兩個(gè)廠商，其次是比克電池、天鵬能源、福斯特、億緯鋰能等。

從中國(guó)市場(chǎng)在售新能源車型的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，除了比亞迪和上汽外，其他廠商已經(jīng)全面轉(zhuǎn)向三元，比亞迪也已從今年開始測(cè)試三元電池，上汽在E50上已經(jīng)開始使用三元電池，未來(lái)它的下一代也會(huì)全部換用三元電池。

所以可以說(shuō)，未來(lái)2年國(guó)內(nèi)廠商推出的新能源汽車會(huì)絕大部分選用三元電池。

4.電池管理系統(tǒng)才是關(guān)鍵

新能源汽車的安全性并不能僅以電池材料的安全性這一因素來(lái)判斷。

動(dòng)力電池的應(yīng)用安全是一個(gè)系統(tǒng)工程，在不能保證電池?zé)崾Э赝耆话l(fā)生的情況下，要通過(guò)BMS（BatteryManagementSystem）、熔斷保護(hù)、熱障、結(jié)構(gòu)集成等，在成組設(shè)計(jì)中設(shè)置多重的安全保證。

因此，把鋰電池的安全性全部歸為電池技術(shù)，是不太合適的。

三元鋰材料容易熱解，并不代表三元鋰電池不安全，而應(yīng)該是整體系統(tǒng)沒有做好。如果能夠加強(qiáng)熱量管控，將熱量充分釋放，電池的安全性也會(huì)相應(yīng)提高。

5.三元正極材料何時(shí)才能修成正果

2016年初，一則通知給蓬勃發(fā)展的三元鋰電池行業(yè)潑了一盆冷水。

據(jù)稱是中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)下發(fā)的《關(guān)于對(duì)“暫緩在商用車上使用三元材料動(dòng)力鋰離子電池建議的函”征求企業(yè)意見的通知》，給三元材料的前景平添幾分不確定性。后來(lái)該協(xié)會(huì)稱，初步結(jié)論是：在乘用車和商用物流車上的應(yīng)用不受影響，暫停在客車上的應(yīng)用。

近兩年的電池自燃事故，無(wú)疑是促成《通知》的推手之一，然而，據(jù)考證事故的肇事者正是被稱為安全性比較高的磷酸鐵鋰電池，三元鋰電池卻無(wú)辜“躺槍”。

雖然三元鋰電池的安全性還無(wú)法得到保證，但不可否認(rèn)的是，三元材料電池在能量密度方面要比磷酸鐵鋰電池更具有優(yōu)勢(shì)，而其前景依然被行業(yè)內(nèi)專家看好。

目前，三元電池已經(jīng)成了一個(gè)非常明確的發(fā)展方向，政府在年初對(duì)三元電池在大巴上以及物流上的應(yīng)用進(jìn)行限制，最大的原因，還是出于對(duì)安全性的考慮。