锂离子电池的特点要求有哪些？

锂离子电池产业初期，主要服务于移动电子产品的发展，例如笔记本电脑、平板电脑、移动智能终端(手机)等。近年来，新能源产业和电动车产业迅速崛起，对锂离子电池的需求急速增长，刺激锂电产业加快了发展速度。因此，锂离子电池需满足诸多技术性能指标，才能被产业认可、得到进一步的发展。这些技术指标中，最基本的有比能量、循环稳定性、比功率、成本、安全性可靠性、耐用性能、生产制造效率、可持续性等等，指标之间相互关联，不同的应用领域对锂离子电池指标的优先考虑顺序是不同的。与便携式电子产品中的锂离子电池相比，储能与电动车产业中应用的锂离子电池的最大不同是单体电池的容量增长为十倍甚至几十倍，同时电池模组的功能、结构及应用的复杂程度显著提高，这对锂离子电池的一致性、可靠性提出了更高的要求。

 

基于20多年的研究和工程实践经验，认为锂离子电池的技术指标中最重要的是比能量和循环性能，其次是比功率、安全性、可靠性、成本和一致性等性能指标。比能量越高，单位能量(Wh)的材料成本就下降;循环寿命越长，电池的实际使用成本就低。目前移动智能终端用锂离子电池需要满足比能量700Wh/L以上、循环性能200次以上的要求，而电动车用锂离子电池需要满足比能量140Wh/kg(磷酸铁锂或者锰酸锂正极材料)或200Wh/kg(层状氧化物正极材料)以上、循环性能1500次以上的要求。锂离子电池正极材料需满足上述电池指标才可能被电池主流市场所接受。而目前锂离子电池的比能量和循环性能主要取决于正极材料，因而锂离子电池正极材料的主要研发目标就是高比能量、长循环寿命。

 

对于笔记本电脑、平板电脑、移动智能终端用锂离子电池，体积比能量是最重要的指标，当然体积比能量高的电池，通常质量比能量也会高。因为客户希望在特定体积的设备(例如手机)中放进更多的电池能量，目前石墨|钴酸锂体系的锂离子电池产业化最成熟、同时高体积比能量也最高，其它材料体系的锂离子电池很难撼动该体系锂离子电池在移动电子产品行业的主导地位。安全性、可靠性和一定的循环性能对该类电池也很重要，由于主要以单体方式应用，电池的一致性和成本就不那么重要了。

 

对于电动车用锂离子电池，尽管其对体积比能量的要求不像便携式电子产品电池那样苛刻，但毕竟乘用车的空间有限，车体重量会影响电动车的行驶里程，因此电池的质量比能量和体积比能量仍然是非常重要的。除此之外，车用锂离子电池几乎对其他所有性能的要求都近乎苛刻，远远高于便携式电子产品电池的性能要求。其与便携式电子产品电池最大的区别有三个。一是电动车电源需要较高的电压和电流，需要大量单体电池进行串并联组合，这使得电池组实际可以利用的比能量不仅取决于单体电池的比能量，还取决于单体电池的一致性、特别是动态一致性，动力电池的一致性近年来逐渐得到人们的关注。二是单体电池的规模显著增大，这使得单体电池的价格较高，热失控造成的危害较为严重，因此市场对电池的安全性和可靠性较为敏感。三是由于电动车需要10-15年的使用寿命，因此对循环性能的要求很高，一般需要1500次以上。此外，由于电动车需要启动和加速，因此动力电池对比功率也有一定的要求。

 

随着电动汽车产业的迅速发展，动力锂离子电池未来将与便携式电子产品电池一并成为锂电产业的主流产品。比能量和循环性能是锂离子电池技术发展中永远追求的最重要的性能指标，随着安全性、可靠性、比功率和一致性等日益受到关注，该方面的技术有望获得快速发展。需要说明的是，随着锂离子电池逐渐渗入到国民经济的各个领域，会有越来越多的非主流的锂离子电池细分市场，其对电池的性能指标要求比较特殊，不在本文的讨论范围。

 

(2)满足主流锂离子电池产业需求的正极材料

 

当前，满足锂离子电池主流市场对电池性能要求的正极材料主要有层状钴酸锂LiCoO2材料(LCO)、尖晶石锰酸锂LiMn2O4材料(LMO)、橄榄石磷酸铁锂LiFePO4材料(LFP)、橄榄石磷酸锰铁锂LiMn0.8Fe0.2PO4材料(LMFP)、层状三元材料LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2材料(NMC333)、层状三元材料LiNi0.4Mn0.4Co0.2O2(NMC442)、LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(NMC532)、LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(NMC622)、LiNi0.7Mn0.2Co0.1O2(NMC721)、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)和层状高镍材料LiNi0.8Co0.15Al0.05O2(NCA)等。从产业应用的角度，上述各材料因具有不同的物理化学特点，适合于不同应用领域的锂离子电池，因而材料产品的关键性能指标也有所差异。