锂电池材料的演变发展助推锂电池资本市场蓬勃发展

随着电动汽车不断普及，动力电池需求也会越来越大，在新能源汽车的各部件中，电池及其系统，成本占比最高，由于汽车空间有限，如欲实现长续航、高里程，车用电池需有较高的能量密度，现有技术条件下，基本上只有锂离子电池可以满足要求。同时，我国作为世界上新能源电池生产、制造的NO.1，技术已可以骄傲说，领跑全球，而且，还在不断进步。这些，同时引起资本市场的注意，市场第一支专注于动力电池的ETF应运而生，可见市场对于这个市场前景的看好度是非常之高的。

电池市场、技术的发展是建立在材料技术发展的基础之上的，今天，小编就来聊一聊，锂电池材料的演变、发展是如何助力锂电池技术发展的，最终传递到电池ETF的诞生上。

近期的新能源电池市场尤为热闹，前有铁锂电池与三元锂电池争不亦乐乎，后面就有钠锂离子电池跑步进场，在新能源汽车快速发展的大背景下，上演一场双一场新能源动力电池相互角力的大戏。

电池材料相互竞争

目前，锂电池市场主要有两大技术路线，分别为磷酸铁锂电池（比方说刀片电池）、三元锂电池，那么各自材料的特点是什么？发展的路径又是什么？

一、磷酸铁锂（LFP)

1、磷酸铁锂结构及材料特点

磷酸铁锂（LFP)全称磷酸亚铁锂，化学式为LiFePO4，铁元素呈+2价，充放电过程中，价态在+2价与+3价之间，进行转换；材料晶格结构为橄榄石结构。

磷酸铁电池材料结构

（1）质量比容量一般： LFP理论比容量有170 mAh/g，实际克比容量在155~167 mAh/g（0.1C，室温）；

（2）安全性较高：一方面，LFP原材料中，无对人体有害、有毒物质，不含重金属元素； 另一方面，由于材料橄榄石结构的稳定性，有力的保障了铁锂电池相对于三元锂电池，具备较高安全性；

（3）长寿命：由于材料橄榄石结构的稳定性，铁锂电池的循环性能非常好，可达2000周，浅充浅放条件下，可达4000周甚至更多；

（4）材料成本较低：原材料易得，无战略级元素，市场供应相对充裕，同时，生产工艺目前已非常成熟；

（5）磷酸铁锂（LFP)之不足：电子电导率、离子电导率较低，大倍率放电条件下，内部的锂离子来不及迁出，电化学极化就会很大，作为正极材料应用于锂离子电池表现出较差的倍率性能。
2、磷酸铁锂的发展路径

结构决定性质，为了很好的利用铁锂（LFP)的优点，克服材料的缺点，科技工作者，通过优化结构，来改变材料的性能，由最初的微米级材料，向掺杂、包覆、纳米化材料转变。

铁锂材料性能提升之路

二、三元锂电池材料（NCM)

1、三元材料（NCM)结构及材料特点

三元锂离子电池正极材料分子式 LiNi1−x−yCoxMnyO2，缩小NCM，分子式x、y因镍、钴、锰三元素在材料中的含量变化，而不同。 在LiNi1−x−yCoxMnyO2中，Ni、Co、Mn分别以+2价、+3价、+4价存在，也有少量的+3价镍存在。在充放电过程中，锰不参与化学反应，锰的存在，主要起到稳定材料骨架结构的作用。与铁锂不同的是，三元材的空间结构，XRD分析表明， 三元锂离子电池正极材料为 α-NaFeO2 晶型层状结构，俗话说，结构决定性，正因为NCM具有层状结，使得其容量高、导电性能好等一系列优点。

层状结构的三元材料

（1）较高的质量比容量：理论容量278mAh/g

（2）循环寿命尝可：比钴酸锂的循环寿命长，但较铁锂电池，循环寿命要短，目前，可达到1500~2500周左右，生产过程控制比较好的话；

（3）安全性一般：这里钴酸锂（主要用于数码类电池）比的话，要好；但较铁锂电池（及锰酸锂），安全性相对较差，针刺和过充指标，很难通过；

（4）价格相对较高：NCM在发展初期，原材料价格还是比较便宜的，由于其产率的问题，价格比较高；中前期，NCM的备工艺趋于成熟，产率及性能都很到很大提升，此时价格相对平稳；近来，由于市场的快速发展，材料使用量，不断增加，Co资源相对匮乏，外加市场炒作因素的影响，价格一路高歌猛进；

（5）材料类型多样华：材料类型有NCM(333)、NCM(424)、NCM(523)、NCM(622)、NCM(712)、NCM(811)等。

2、三元锂电池材料（NCM)的发展路径

三元材料，材料配比的变化，根本原因，现阶段主要是成本，Co资源相对较少，价格一路飙升，无奈之下，科技工作者将视线，转向变更镍含量的研究上。由最初的NCM(333)、NCM(424)，转向中镍NCM(523)、NCM(622)，再到NCM(811)，目前，高镍低钴9系三元材料，开始走上三元锂电池材料的舞台，

归纳来说，三元锂电池材料（NCM)的发展路径为：

（1）三元材料高镍化

（2）三元材料低钴化，甚至无钴化

（3）三元材料单晶化

（4）三材料向四元方向融合四元材料NCMA

三元材料的发展变化趋势

材料研究是一个持续性的活动，虽然现在，已到材料进行了比较充分的研究，但是，其结构的优化，性能的提升，还有很多工作要做。当然，每当材料性能有跨越式的改变之后，将进一步优化市场结构，提高用户的体验感，助力经济的发展。