中国制造 2025 要求 2020 年 300 Wh／Kg，2025 年 400 Wh／Kg，目前量产动力电池单体能量密度在 230±20 Wh／Kg，对目前各类电池技术体系全面分析后，我们提出汽车动力电池技术路线图：

2020 年高镍正极＋准固态电解质＋硅碳负极实现 300 Wh／Kg；

2025 年富锂正极＋全固态电解质＋硅碳／锂金属负极电池实现 400 Wh／Kg；

2030 年燃料／锂硫／空气电池实现 500 Wh／Kg；

核聚变是人类社会终极能源方式；

动力电池命名体系——正极－中间层－负极命名体系。

目标与现状

1． 中国制造 2025 要求 2020 年 300 Wh／Kg，2025 年 400 Wh／Kg

工信部、发改委、科技部 2017 年 4 月印发《汽车产业中长期发展规划》提出：到 2020 年，新能源汽车动力电池单体比能量（能量密度）达到 300 Wh／kg以上，力争实现 350 Wh／kg，系统比能量力争达到 260 Wh／kg；到2025年，动力电池系统比能量达到 350 Wh／kg。

按照《中国制造2025》确定的技术目标，2020年锂电池能量密度达到 300 Wh／kg，2025 年能量密度达到 400 Wh／kg，2030 年能量密度达到 500 Wh／kg。

2． 目前量产 200 Wh／Kg，实验室实现 300 Wh／Kg

基于国产高镍正极材料，尤其 NCM622 材料，目前方壳电池单体能量密度超过200 瓦时／公斤，全部电池单体能量密度在 230±20 瓦时／公斤，系统能量密度接近 160 瓦时／公斤。

宁德时代、力神、国轩承担新型锂离子动力电池项目，采用高镍三元正极和硅碳负极，软包电池能量密度都达到 300 瓦时／公斤。

我们认为，基于高镍三元＋硅碳负极材料，现有体系的锂电池的能量密度很难突破 300 Wh／kg。

未来电池技术分析

3． 2020 年高镍正极＋准固态电解质＋硅碳负极实现 300 Wh／Kg

技术原理

三元正极材料通过 NiCo－Mn／Al 的协同作用，结合了钴酸锂循环性能好，镍酸锂高比容量和锰酸锂成本低安全性能好的优点。在三元材料的各个组分中镍决定电量，钴决定充放电速度，锰决定稳定性，随着镍含量的增加，电池的放电比容量也随之增加，热稳定性和容量保持率有所降低，但随着三元电池安全性得到提高与工艺演进，更高镍三元材料是大势所趋。

传统石墨负极克容量较低（372mAh／g），硅理论比容量高达 4200 mAh／g，是石墨的10倍以上，但其在嵌脱锂循环过程中具有严重的体积膨胀和收缩，造成材料结构的破坏和机械粉碎，从而导致电极表现出较差的循环性能。

结合碳材料和硅材料的优缺点，将两者复合为硅碳负极使用，以最大化提高其实用性。

准固态电解质采用硫化物、氧化物、聚合物等固态电解质部分替代当前有机电解液和隔膜，可提升电压平台，内部串联可提高系统能量密度。

优势

能量密度高：层状结构 NCM中，镍是主要的氧化还原反应元素，提高镍含量可以有效提高 NCM的比容量，高镍含量 NCM 材料（Ni的摩尔分数≥0．6） 具有高比容量，硅理论比容量高达4200mAh／g，能量密度非常高；

成本低：镍价格远低于钴；

高电压：固态电解质比有机电解液普遍具有更宽的电化学窗口，有可能达到5V，适应于高电压型电极材料。

技术难点

循环性能差：Ni元素含量较高，晶格结构不稳定，Ni主要以＋2价为稳态，循环过程中Ni离子在＋2、＋3、＋4价之间进行氧化还原反应，Ni会缓慢的趋向＋2价从而导致结构坍塌，Li＋不能正常嵌插与脱出，结果使得电池电化学性能衰减较快；

高温性能差：振实密度低，表面包覆改性等技术可有效减少副反应，改善其电化学性能和热稳定性；

工艺控制难：高镍 NCM材料的性能和结构与制备工艺紧密相关，不同的制备过程与条件直接影响产品的最终结构和性能；

硅体积膨胀问题：硅在嵌锂过程中体积膨胀效应高达340％倍，目前主要从硅的改性、硅的合金化、硅的多孔化、硅的纳米化、电池结构设计、硅的核壳结构、三明治结构等方面进行改进；

固态电解质电导率较低，电极／电解质固固界面问题等。

目前进展

2017 年中国锂电池硅碳负极材料产量已经超过 1500 吨，同比增长超过 130％，其中前五企业市场集中度占比超过 90％，在全年锂电负极材料总产量中占比 1％。

高镍正极＋硅碳负极部分锂电企业已实现量产，预计 2020 年将大规模产业化。