锂电池锂含锂少不同类型锂电池性能不同在哪里，汇总常见六种锂电池特性及参数|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

不同类型锂电池性能不同在哪里，汇总常见六种锂电池特性及参数

【能源人都在看，点击右上角加'关注'】

我们常常会说到三元锂电池或者铁锂电池，这些都是按照正极活性材料来给锂电池命名的。本文汇总六种常见锂电池类型以及它们的主要性能参数。大家都知道，相同技术路线的电芯，其具体参数并不完全相同，本文所显示的是当前参数的一般水平。六种锂电池具体包括：钴酸锂（LiCoO2），锰酸锂（LiMn2O4），镍钴锰酸锂（LiNiMnCoO2或NMC），镍钴铝酸锂（LiNiCoAlO2或称NCA），磷酸铁锂（LiFePO4），钛酸锂（Li4Ti5O12）。

钴酸锂（LiCoO 2）

其高比能量使钴酸锂成为手机，笔记本电脑和数码相机的热门选择。电池由氧化钴阴极和石墨碳阳极组成。阴极具有分层结构，在放电期间，锂离子从阳极移动到阴极，充电过程则流动方向相反。结构形式如图1所示。

图1：钴酸锂结构

阴极具有分层结构。在放电期间，锂离子从阳极移动到阴极; 充电时流量从阴极流向阳极。

钴酸锂的缺点是寿命相对较短，热稳定性低和负载能力有限（比功率）。像其他钴混合锂离子电池一样，钴酸锂采用石墨阳极，其循环寿命主要受到固体电解质界面（SEI）的限制，主要表现在SEI膜的逐渐增厚，和快速充电或者低温充电过程的阳极镀锂问题。较新的材料体系增加了镍，锰和/或铝以提高寿命，负载能力和降低成本。

钴酸锂不应以高于容量的电流进行充电和放电。这意味着具有2,400mAh的18650电池只能以小于等于2,400mA充电和放电。强制快速充电或施加高于2400mA的负载会导致过热和超负荷的应力。为获得最佳快速充电，制造商建议充电倍率为0.8C或约2,000mA。电池保护电路将能量单元的充电和放电速率限制在约1C的安全水平。

六角蜘蛛图（图2）总结了与运行相关的具体能量或容量方面的钴酸锂性能；具体功率或提供大电流的能力；安全；在高低温环境下的性能表现；寿命包括日历寿命和循环寿命；成本特性。蜘蛛图中没有显示的其他重要特征还包括毒性，快速充电能力，自放电和保质期。

由于钴的高成本以及通过与其他活性阴极材料混合材料带来的明显性能改善，钴酸锂正在逐步被锰酸锂替代，尤其是NMC和NCA。（请参阅下面对NMC和NCA的描述。）

图2：平均钴酸锂电池的蜘蛛图。

钴酸锂在高比能量方面表现出色，但在功率特性、安全性和循环寿命方面只能提供一般的性能表现

汇总表

钴酸锂氧化物： LiCoO 2阴极（约60％Co），石墨阳极短型：LCO或Li-钴。始于1991年以来

电压

标称值为3.60V; 典型工作范围3.0-4.2V /电池

比能（容量）

150-200Wh /公斤。特种电池提供高达240Wh / kg。

充电（C率）

0.7-1C，充电至4.20V（大部分电池）；典型充电时长 3小时；1C以上的充电电流会缩短电池寿命。

放电（C率）

1C；放电截止电压2.50V。1C以上的放电电流会缩短电池寿命。

循环寿命

500-1000，与放电深度，负荷，温度有关

热失控

150°C（302°F）。满充状态容易带来热失控

应用

手机，平板电脑，笔记本电脑，相机

注释

非常高的比能量，有限的比功率。钴很昂贵。被用作能量型电池。市场份额稳定。

表3：钴酸锂的特性

锰酸锂（LiMn2O4）

尖晶石锰酸锂电池首次发表于1983年的材料研究报告中。1996年，Moli能源公司将锰酸锂为阴极材料的锂离子电池商业化。该架构形成三维尖晶石结构，可改善电极上的离子流动，从而降低内部电阻并改善电流承载能力。尖晶石的另一个优点是热稳定性高，安全性提高，但循环和日历寿命有限。

低电池内阻可实现快速充电和大电流放电。18650型电芯，锰酸锂电池可以在20-30A的电流下放电，并具有适度的热量积累。也可以施加高达50A1秒负载脉冲。在此电流下持续的高负荷会导致热量积聚，电池温度不能超过80°C（176°F）。锰酸锂用于电动工具，医疗器械，以及混合动力和纯电动汽车。

图4说明在锰酸锂电池的阴极上形成三维晶体骨架。该尖晶石结构通常由连接成晶格的菱形形状组成，一般在电池化成后出现。

图4：锰酸锂结构。

锰酸锂阴极结晶形成具有在化成后成型的三维骨架结构。尖晶石提供低电阻，但比能量低于钴酸锂。

锰酸锂的容量大约比钴酸锂低三分之一。设计灵活性使工程师能够选择最大限度地延长电池的使用寿命，或者提高最大负载电流（比功率）或容量（比能）。例如，18650电池的长寿命版本只有1,100mAh的适中容量; 高容量版本则达到1,500mAh。

图5显示了典型锰酸锂电池的蜘蛛图。这些特性参数似乎不太理想，但新设计在功率，安全性和寿命方面有所改进。纯锰酸锂电池今天不再普遍; 它们只在特殊情况下应用。

图5：纯锰酸锂电池的蜘蛛图。尽管整体性能一般，但新型锰酸锂设计可以提高功率，安全性和寿命。

大多数锰酸锂与锂镍锰钴氧化物（NMC）混合，以提高比能量并延长寿命。这种组合带来了每个系统的最佳性能，而大多数电动汽车，如日产Leaf，雪佛兰Volt和宝马i3都选用了LMO（NMC）。电池的LMO部分可以达到30％左右，可以在加速时提供较高的电流; NMC部分提供了很长的续航里程。

锂离子电池研究倾向于将锰酸锂与钴，镍，锰和/或铝组合作为活性阴极材料。在一些架构中，少量硅被添加到阳极。这提供了25％的容量提升; 然而，硅随着充放电膨胀和收缩，从而引起机械应力，容量提升通常与短的循环寿命紧密联系。

可以方便地选择这三种活性金属以及硅增强来提高比能（容量），比功率（负载能力）或寿命。消费电池需要大容量，而工业应用需要电池系统，具有良好的负载能力，寿命长，并提供安全可靠的服务。

汇总表

锰酸锂氧化物： LiMn2O4阴极，石墨阳极；简称：LMO或Li-Mn（尖晶石结构）始于1996年以来

电压

3.70V（3.80V）标称值; 典型工作范围3.0-4.2V /每只电池

比能（容量）

100-150Wh / kg的

充电（C率）

典型值为0.7-1C，最大值为3C，充电至4.20V（大部分电池）

放电（C率）

1C；一些电池可以达到10C，30C脉冲（5s），2.50V截止

循环寿命

300-700（与放电深度，温度有关）

热失控

典型值为250°C（482°F）。高电荷促进热失控

应用

电动工具，医疗设备，电动动力传动系统

注释

功率大但容量少; 比钴酸锂更安全; 通常与NMC混合以提高性能。

表6：锰酸锂氧化物的特性

镍钴锰酸锂（LiNiMnCoO 2或NMC）

最成功的锂离子体系之一是镍锰钴（NMC）的阴极组合。与锰酸锂类似，这个体系可以定制用作能量电池或功率电池。例如，中等负载条件下的18650电池中的NMC具有约2,800mAh的容量并且可以提供4A至5A放电电流；同一类型的NMC在针对特定功率进行优化时，容量仅为2,000mAh，但可提供20A的连续放电电流。硅基阳极将达到4000mAh以上，但负载能力降低，循环寿命缩短。添加到石墨中的硅具有缺陷，即阳极随着充电和放电而膨胀和收缩，使得电池机械应力大结构不稳定。

NMC的秘密在于镍和锰的结合。与此类似的是食盐，其中主要成分钠和氯化物本身是有毒的，但将它们混合起来作为调味盐和食品保存剂。镍以其高比能量而闻名，但稳定性差；锰尖晶石结构可以实现低内阻但比能量低。两种活性金属优势互补。

NMC是电动工具，电动自行车和其他电动动力系统的首选电池。阴极组合通常是三分之一镍，三分之一锰和三分之一钴，也被称为1-1-1。这提供了一种独特的混合物，由于钴含量降低，也降低了原材料成本。另一个成功的组合是NCM，其中含有5份镍，3份钴和2份锰（5-3-2）。也可以使用其他不同量的阴极材料组合。

由于钴的高成本，电池制造商从钴系转向镍阴极。镍基系统比钴基电池具有更高的能量密度，更低的成本和更长的循环寿命，但是它们的电压略低。

新型电解质和添加剂可以使单只电池充电至4.4V以上，从而提高电量。图7展示了NMC的特性。

图7：NMC的蜘蛛图。NMC具有良好的整体性能，并且在比能量方面表现出色。这种电池是电动车的首选，具有最低的自热率。

由于该体系经济性和综合性能表现均比较好，因此NMC混合锂离子电池越来越受到重视。镍，锰和钴三种活性材料可轻松混合，以适应需要频繁循环的汽车和能源存储系统（EES）的广泛应用。NMC家族的多样性正在增长。

汇总表

锂镍锰钴氧化物： LiNiMnCoO2阴极，石墨阳极简称：NMC（NCM，CMN，CNM，MNC，MCN类似于不同金属组合）始于2008年

电压

3.60V，标称3.70V; 电池典型工作范围3.0-4.2V或更高

比能（容量）

150-220Wh/kg

充电（C率）

0.7-1C，充电至4.20V，一些至4.30V; 3小时典型充电。1C以上的充电电流会缩短电池寿命。

放电（C率）

1C; 2C可能在某些电芯上可行；2.50V截止

循环寿命

1000-2000（与放电深度，温度有关）

热失控

典型的210°C（410°F）。高电荷促进热失控

应用

电动自行车，医疗设备，电动车，工业

注释

提供高容量和高功率。混合电芯。受到多种用途的欢迎，市场份额不断增加。

表8：锂镍锰钴氧化物（NMC）的特性。

磷酸铁锂（LiFePO 4）

1996年，德克萨斯大学发现磷酸盐可作为再充电锂电池的阴极材料。磷酸锂具有良好的电化学性能和低电阻。这是通过纳米级磷酸盐阴极材料实现的。主要优点是高额定电流和长循环寿命；良好的热稳定性，增强了安全性和对滥用的容忍度。

如果长时间保持在高电压下，磷酸锂对全部充电条件的耐受性更强，并且比其他锂离子系统的应力更小。缺点是，较低的3.2V电池标称电压使得比能量低于钴掺杂锂离子电池。对于大多数电池来说，低温会降低性能，升高储存温度会缩短使用寿命，磷酸锂也不例外。磷酸锂具有比其他锂离子电池更高的自放电，这可能会引起老化进而带来均衡问题，虽然可以通过选用高质量的电池或使用先进的电池管理系统来弥补，但这两种方式都增加了电池组的成本。电池寿命对制造过程中的杂质非常敏感，不能承受水分的掺杂，由于水分杂质的存在有些电池最短寿命只有50个循环。图9总结了磷酸锂的属性。

常用磷酸锂代替铅酸起动蓄电池。四个串联电池产生12.80V，与六个2V铅酸电池串联的电压相似。车辆将铅酸充电至14.40V（2.40V/电池）并保持浮充状态。浮充的用意在于保持完全充电水平并防止铅酸电池硫酸化。

通过串联四个磷酸锂电池，每个电池的电压均为3.60V，这是正确的满充电电压。此时，应该断开充电，但驾驶时继续充电。磷酸锂容忍一些过度充电; 然而，由于大多数车辆在长途旅行中长时间保持电压在14.40V，可能会增加磷酸锂电池的机械应力。时间会告诉我们磷酸锂作为铅酸电池的替代品能够承受多长时间的过充电。低温也会降低锂离子的性能，可能会影响极端情况下的起动能力。

图9：典型磷酸锂电池的蜘蛛图。

磷酸锂具有良好的安全性和长寿命，比能量适中，自放电能力增强。

由Cadex提供

汇总表

磷酸铁锂： LiFePO4阴极，石墨阳极简称：LFP或磷酸锂，始于1996年

电压

3.20，标称值3.30V; 典型工作范围2.5-3.65V

比能（容量）

90-120Wh/kg

充电（C率）

1C典型，充电至3.65V；典型的3小时充电时间

放电（C率）

1C，25C在一些电芯上可行; 40A脉冲（2s）; 2.50V截止（低于2V导致损坏）

循环寿命

1000-2000（与放电深度，温度有关）

热失控

270°C（518°F）即使充满电，电池也非常安全

应用

便携式和固定式，需要高负载电流和耐久性的应用场景

注释

非常平坦的电压放电曲线但容量低。最安全的锂离子之一。用于特殊市场。高自放电。

表10：磷酸铁锂的特性

镍钴铝酸锂（LiNiCoAlO2或称NCA）

镍钴铝酸锂电池或NCA自1999年以后被应用。它具有较高的比能量，相当好的比功率和长的使用寿命与NMC有相似之处。不太讨人喜欢的是安全性和成本。图11总结了六个关键特征。NCA是锂镍氧化物的进一步发展；加入铝赋予电池更好的化学稳定性。

图11：NCA的蜘蛛图。高能量和功率密度以及良好的使用寿命使NCA成为EV动力系统的候选者。高成本和边际安全性却有负面的影响。

汇总表

镍钴铝酸锂： LiNiCoAlO2阴极（〜9 ％Co），石墨阳极简称：NCA或锂铝。始于1999年

电压

标称值为3.60V；典型工作范围3.0-4.2V

比能（容量）

200-260Wh/公斤; 预测可以达到300Wh/kg

充电（C率）

0.7C，充电至4.20V（大多数电池），典型的3小时充电，一些电池可以快速充电

放电（C率）

1C典型；截止3.00V；高放电速率会缩短电池寿命

循环寿命

500（与放电深度，温度有关）

热失控

典型值为150°C（302°F），高电荷会导致热失控

应用

医疗设备，工业，电动动力总成（特斯拉）

注释

与钴酸锂有相似之处。能量型电池。

表12：镍钴铝酸锂的特性

钛酸锂（Li4Ti5O12）

自二十世纪八十年代以来，钛酸锂阳极的电池已为人所知。钛酸锂代替典型锂离子电池阳极中的石墨，并且材料形成尖晶石结构。阴极可以是锰酸锂或NMC。钛酸锂的标称电池电压为2.40V，可以快速充电，并提供10C的高放电电流。据说循环次数高于常规锂离子电池的循环次数。钛酸锂是安全的，具有出色的低温放电特性，在-30°C（-22°F）时可获得80％的容量。

LTO（通常是Li4Ti5 O12）零应变，没有SEI膜形成和在快速充电和低温充电时无锂电镀现象，因而具有优于传统的钴掺混的Li-离子与石墨阳极的充放电性能。高温下的热稳定性也比其他锂离子体系好; 然而，电池价格昂贵。比能量低，只有65Wh/kg，与NiCd相当。钛酸锂充电至2.80V，放电结束时为1.80V。图13显示了钛酸锂电池的特性。典型用途是电动动力传动系统，UPS和太阳能路灯。

图13：钛酸锂蜘蛛图。钛酸锂在安全性，低温性能和寿命方面表现出色。正在努力提高比能量和降低成本。

汇总表

钛酸锂：可以是锰酸锂氧化物或NMC；Li4Ti 5O12（钛酸盐）阳极简称：LTO或Li-钛酸盐，2008年左右开始销售。

电压

2.40V标称值；典型工作范围1.8-2.85V；

比能（容量）

50-80Wh/kg

充电（C率）

1C典型；最大5C，充电至2.85V

放电（C率）

10C可能，30C 5s脉冲； LCO/LTO截止电压1.80V

循环寿命

3,000-7,000

热失控

一种最安全的锂离子电池

应用

UPS，电动动力总成（三菱i-MiEV，本田飞度EV），太阳能路灯

注释

寿命长，充电快，温度范围宽，比能量低，价格昂贵。最安全的锂离子电池。

表14：钛酸锂的特性

图15比较了基于铅，镍和锂体系的比能。虽然锂铝（NCA）通过比其他系统储存更多容量而成为明显的赢家，但它仅适用于特定场景的电源使用。就比功率和热稳定性而言，锰酸锂（LMO）和磷酸锂（LFP）优异。钛酸锂（LTO）的容量可能较低，但它的寿命超过了其他大多数电池，并且具有最佳的低温性能。

图15：铅，镍和锂基电池的典型比能量

NCA享有最高的比能量；然而，锰酸锂和磷酸铁锂在比功率和热稳定性方面优越。钛酸锂具有最好的使用寿命。

免责声明：以上内容转载自中国化学与物理电源行业协会，所发内容不代表本平台立场。全国能源信息平台联系电话：010-65367702，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社

锂电池到底需要多少锂？

随着电动汽车的快速发展，锂资源的价格瓶颈日益突出，2022年碳酸锂的价格最高来到了60万元/吨，是2021年初5万/吨的12倍。进入到2023年，碳酸锂的价格依然像过山车一样，从年初的每吨50多万一路下跌到4月的20万，然后又开始反弹到30万，与之相匹的动力电池价格也随锂盐价格的波动而波动。那么锂电池到底需要多少锂，这些锂主要在哪些材料中？未来电动化普及以后对于锂的需求到底有多大，与锂盐价格相关的锂金属电池以及全固态电池的前景如何，本文带您分析。

一、锂离子电池含锂量分析

目前主流的动力电池都是锂离子电池，并且采用液态电解液，针对这一体系，其主要成分的分析如下图所示。其中正极材料是锂的主要载体，无论是最早的钴酸锂(LiCoO2),还是动力上常用的三元(LiNixCoyMn1-x-yO2)或者磷酸铁锂(LiFePO4),其分子中都含有1mol的锂。而且正极材料在整个电芯中的占比也是最大的，一般在35~45%之间，所以说电池中锂的主要来源就是正极材料。除此以外，因为要实现锂离子的传输，电解液中也必须含有锂离子，但要注意的是，目前的电解液相对较稀的溶液，锂盐的浓度大约在1~1.2mol/L之间（在这个浓度区间锂离子电导率最高），其主要成分是溶剂并不是溶质。除此之外，其他主要成分并没有锂，包括常用的石墨或者硅负极，隔膜，导电碳，以及铜铝箔等。所以说针对锂离子电池，只需考虑正极材料以及电解液中的锂。

但锂在这两者中的分布并不均匀，大部分来自正极材料，少部分来自电解液中的锂盐(LiPF6)。针对三元电池 ，以某45Ah左右铝壳高功率电芯的设计来计算，其正极NCM523材料含锂大约是2.82mol,电解液溶质LiPF6含锂大约是0.113mol.电解液含有的锂只占正极材料的4%左右。这里面的计算主要根据正极材料克容量发挥:该款电芯充电到4.35V,正极克容量发挥为165mAh/g,实现45Ah需要正极材料以及锂的摩尔数为45*1000/165/96.55=2.82mol。

计算电解液含锂量可以依据保液量（业内常用保液系数这个参数，可通过增加压实密度，降低孔隙率来减少）来估算，一般高功率三元电芯可做到保液系数3g/Ah，那么45Ah电芯注液量为135g左右。电解液密度密度1.2g/cm3,浓度1mol/L时，电解液中锂含锂为0.113mol.如果按照电解液中的锂是正极材料的4%来计算单位Wh的含锂量，电芯总能量3.73V*45Ah=167.85Wh,总含锂量为2.82*1.04=2.93mol*6.94g/mol=20.33g,单位Wh含锂量为20.33/167.85=0.121g/Wh.按照乘用车50kWh的带电量来计算，单车所需的锂为6.05kg。

对于磷酸铁锂电池 而言，计算方法是类似的，但LFP克容量发挥比三元要低，最高也就150mAh/g左右，假设是45Ah电芯，其正极材料的摩尔数为 45*1000/150/157.76=1.9mol, 锂的含量也是1.9mol。只不过保液量会有所增加，假设是按照3.5g/Ah计算(目前高能量的LFP能做到3.2g/Ah了，一般在3.2~3.6之间)，电解液含锂量为 45*3.5/1.2*1mol/L=0.13mol, 占LFP正极的比例约为6.8%。可见LFP消耗的电解液跟三元比是更多一些的。不过LFP电芯的总能量45*3.2=144Wh,假如按照电解液占7%的含锂量计算，总含锂量1.9*1.07=2.033mol=14.11g.单位Wh含锂量为14.11/3.2/45=0.098g/Wh.按照乘用车50kWh的带电量来计算，单车所需的锂为4.9kg.

从上述计算结果可知，单位Wh的用锂量磷酸铁锂（LFP）是要比三元更优的，这主要是因为LFP对于锂的利用率更高一些. LiFePO4理论克容量是170mAh/g左右，而实际发挥的容量可达150mAh/g,是理论容量的88%左右。相比之下，三元材料的理论克容量275mAh/g左右，上面计算的NCM523发挥的容量才165mAh/g,是理论的60%左右，可见三元材料中的锂有40%都没有充分利用，这一点跟铁锂比是很大的劣势。如果改成NCM高镍8/9系，克容量发挥能达到215mAh/g的话(实际很难达到)，其锂的利用率可达78%左右，再加上保液量下降的趋势，其单位Wh锂的用量是可以小于LFP的。

所以说从资源的角度来看，LFP成为主流会更加节约锂资源，有利于支持电动汽车的大规模推动（不过辩证的看，LFP回收价值很低，又不利于可持续发展，除非循环寿命做到很长，这也是目前储能和动力LFP电池追求的方向）。目前的中镍高电压材料并没有充分利用材料中的锂，存在较多的浪费。而高镍的8/9系配合高压实低保液的设计其对于锂的利用率才能与LFP相媲美，欧美企业近些年非常热衷高镍三元的发展，这其中与提高锂的利用率，促进资源可持续发展密不可分 。而国内使用中镍高电压主要是成本考量，这也是国内电池笑傲全球产业链的优势所在。

二、新型电池体系的含锂量分析

通过上述分析可知，目前主流的锂离子电池中锂的主要来源是正极材料，少量在电解液中。且随着镍含量的提高，比能量的增加带来的少液化和贫液化的思路，电解液的含量也越来越少。但如果是采用锂金属电池或者固态电解质的话，情况就不一样了。

2.1 锂金属电池

以目前SES（麻省固能）的锂金属电池为例，采用高镍8系或者9系作为正极材料，其克容量发挥可以达到215mAh/g,因为采用了超高容量的锂金属作为负极，如果简单按照其正极材料质量占比接近50%计算的话，其电芯比能量可达215*3.75*50%=403mAh/g,但实际上其45Ah左右(实际为50Ah)的电芯比能量仅为357Wh/kg(参考2022年一些电池技术的进展总结),主要是因为采用了中高浓度的电解液缘故(目的是抑制锂枝晶)。

其电解液LIFSI浓度为3~5mol/L,我们就取4mol/L进行计算，由于其浓度增加，密度也会变大，大约在1.6g/cm3。好在锂金属电池的保液量由于没有了多孔石墨负极的影响可以下降很多，假设为1.5g/Ah,我们还按照45Ah电芯来计算，则需要67.5g的电解液，其含有的锂为0.169mol（主要原因是4M的电解液浓度偏大）,而正极材料为2.15mol,占比接近8%，比液态中的4%多了很多。其次，锂金属也会额外增加锂的用量，即使假设为1:1的极低比例，锂的用量相比锂离子电池也提高了一倍。在目前锂盐价格高企的情况下，这会显著增加锂金属电池的BOM成本，即使不考虑工艺成本，单从锂盐成本看就翻倍了。（事实上，超薄锂金属一直是业内需要解决的问题，其工艺成本并不能忽略 。

这是由于锂的克容量高达3800mAh/g,在正极容量215mAh/g，面密度460g/m2情况下，正极面容量为4.945mAh/cm2；所需金属锂的单面面密度为1.3mg/cm2，锂的密度很低为0.534g/cm3,计算得到锂的厚度为24µm。现实中商业可获得的锂箔厚度通常在50μm以上且难以再通过机械加工减薄，所以说SES也要跟供应商一起合作开发超薄超宽锂箔的相关工艺。学术文章上也有通过化学减薄剂来实现15µm锂箔的，感兴趣的可参考Facile, Atom-Economic, Chemical Thinning Strategy for Ultrathin Lithium Foils, Nano Lett. 2022, 22, 7, 3047–3053）

2.2 全固态电池

除此之外，固态电池由于固态电解质的使用，其锂含量也会有所增加。我们以最近很热门的电导率高达32mS/cm的硫化物固态电解质为例(具体可参考今日重磅Science：新型固态电解质实现32mS cm-1超高室温离子电导率！瞄准全固态电池实际应用！)，其分子式为Li9.54[Si0.6Ge0.4]1.74P1.44S11.1Br0.3O0.6(暂且不管是否容易批量合成)，相对分子质量为580.23g/mol.理论密度在2.0g/cm3附近（按照LGPS材料估算，如果材料结晶差，实际密度可能会小一点）。

假设其采用高镍三元，孔隙里全部填充固态电解质，通过上面的分析可知液态电解液占用的总体积为45*2.5/1.2=93.75cm3（备注：理论上液态电解液会填充隔膜孔隙的体积，一般在50%左右。固态电池利用固态电解质本身作为隔膜，占据100%，我们姑且认为其总体积一样）。这样固态电解质总质量为93.75*2=187.5g,所需锂的摩尔数为 187.5/580.23*9.54=3.083mol, 要知道正极材料的含锂量才2.15mol, 电解质中锂的含量居然比正极还要多，惊不惊喜，意不意外？

对于固态电池质，大家总是在关注离子电导率，关注界面电阻，但却很少有人在意其中的含锂量。其实对于大部分固态电解质而言，尤其是电导率高的，材料中锂的浓度是很高的（毕竟要导锂离子） ，以上述32mS/cm的改进型LGPS为例，其锂的浓度为1000*2/580.23*9.54=32.88mol/L,要知道目前常规液态电解液中锂的浓度才1~1.2mol/L,这款硫化物固态电解质中锂的浓度简直逆天的高。所以不能只看其高达32mS/cm的电导率，在目前锂盐价格30万/吨的情况下，超过32mol/L的浓度会严重制约其大规模应用。所以说很多企业也在研究针对硫化物的无负极电池，来降低电解质的用量(比如珠海高能时代)。

追溯历史，这一轮锂金属电池和固态电池的研发是在2020年就兴起了的，那时候锂盐价格才5万/吨，多用点锂影响不大。而随着锂盐价格的高位徘徊，目前来看锂金属和全固态两种技术方向成本都太高昂，而且还有很多技术问题要解决，真正规模量产的道路还很漫长。就像CATL吴凯总说的那样，丰田在2027年也不一定能规模量产全固态电池，即使量产了，成本也不可能减半。

三、锂资源够用吗？

通过上述分析可知，针对LFP以及高镍三元类电池，每kWh需要的锂大约为0.1kg,对应的碳酸锂当量为0.53kg左右。在价格为30万每吨时，每度电BOM成本约为159元；对于锂金属电池和全固态电池，锂的用量基本都要翻倍，达到320元以上。再加上工艺制程的复杂以及还未形成规模经济，目前的锂金属电池和全固态电池成本至少是锂电池的2~3倍。在关注成本的同时，业内更在意的是长远来看锂的储量能否支撑全世界汽车的电动化发展。

在云上宜宾高端论坛上，欧阳明高院士提到，如果把全球8000万辆乘用车都替换成锂电池，按照每辆50kWh来计算，一共是4000GWh.考虑到其他车辆的电动化，行业估计到2030年，全球动力电池装机量为4500GWh(从云上宜宾-高端对话看储能和钠离子电池)，那么每年所需要的锂资源是4500*1000*1000*0.53/1000=238.5万吨（碳酸锂当量），作为参考，2022年我国碳酸锂消费量约为50.5万吨，世界占比约为80%，那么总消费类为63万吨。2030年的需求是目前的4倍左右，届时全球碳酸锂储量是否够用呢？

正好在7月8日，自然资源部中国地质调查局全球矿产资源战略研究中心发布了《全球矿产资源储量评估报告2023》，里面提到全球锂矿（碳酸锂当量）储量13488万吨，资源量38852万吨。如果按照13488万吨的储量来计算，可支持使用56.5年。要知道锂资源是可以回收利用的，一般电动汽车以及储能系统的寿命也就20年，而且后续随着技术进步，可开采的资源量也会不断攀升，所以锂资源是足够支撑电动汽车行业发展的。报告中也提到了全球锂资源储量丰富，是不存在资源瓶颈的。

但值得一提的是，报告中反馈镍、钴、铜等资源的保障程度较低，需进一步加大勘查力度和资金投入。考虑到三元电池中对镍和钴的需求较大，可尽量减少这两种金属的使用以避免资源瓶颈，这样来看发展磷酸铁锂LFP以及磷酸锰铁锂LMFP是非常有必要的，毕竟铁锰磷等资源都是十分丰富的，而且价格也很低廉。

小结: 从目前的数据分析来看，针对LFP以及高镍三元类电池，每kWh需要的锂大约为0.1kg,对应的碳酸锂当量为0.53kg；而中镍高电压材料由于锂的利用率低下，需要更多的锂，每kWh在0.12kg左右，对应的碳酸锂当量为0.636kg。但世界范围内碳酸锂的储量是够用的，足够支持电动汽车行业的发展，短期内锂盐价格的高位震荡主要是供应失衡所致。后续随着广期所碳酸锂期货交易的上线和供应的回升，碳酸锂的价格有望企稳下降，实现国家领导和行业专家预测的10~20万/吨的合理价格区间。

在目前锂盐价格30万以上的现实下，锂金属电池以及全固态电池的成本过于高昂，短期内在动力电池市场的应不容乐观。LFP电池由于高安全，低成本以及高带电量等优势依然是动力电池的中流砥柱。不过超高比能500Wh/kg的电池依然值得研究，这是航空器电动化的重要方向，可助力锂电池征服浩瀚的长空(500Wh/kg锂电池的技术路径与前景)。而对于动力电池领域，半固态电池由于沿用了液态的体系，只是添加了少量的含锂固态电解质，但减少了液态电解液的量，整体上对锂的需求相对平稳，其材料成本提高幅度不大。后续会结合蔚来汽车的360Wh/kg半固态电芯进行分析，敬请期待。

文章来源

注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理！