正极材料

在动力电池领域，三元材料和磷酸铁锂是目前常用的正极材料，它们的物理化学结构差异，导致了电池性能差别和不同的应用领域。

铁锂和三元材料各具优势，在不同应用场景中被广泛使用。磷酸铁锂的低成本、高安全和长寿命，使其适用于对能量密度要求较低但安全和寿命要求较高的场景，如商用车和储能领域。近年来，随着电池成组技术的提高，磷酸铁锂能量密度的不足得到改善，且成本和安全优势使其在乘用车领域的应用越来越广泛。三元材料的高比能优势，适用于需要高能量密度和客户体验的场景，如乘用车领域。根据镍含量不同，三元材料又分为低镍、中镍和高镍三个品类，随着镍含量的提升，能量密度显著提升。高镍三元主要应用于长续航的高端新能源乘用车，如特斯拉Model 3长续航版、蔚来ES6、小鹏P7等，而中镍三元主要应用于中低端新能源乘用车。

随着新能源汽车市场驱动转型，我国动力电池装机量稳步上升，同时动力电池的发展经历了两个阶段。第一阶段（2016-2019年）实行高能量密度倾斜的政策，三元材料因高比能表现占据市场主导地位；第二阶段（2020年至今）政策退坡，磷酸铁锂电池凭借性价比优势开始逆袭，2021年7月正式反超三元材料。磷酸铁锂逆袭的原因包括三个方面：政策方面, 补贴退坡带动成本压力增大，磷酸铁锂电池以低成本获得明显的性价比优势；新国标安全要求加码，磷酸铁锂的天然安全优势愈发凸显；供给方面，新型成组技术带动磷酸铁锂能量密度提升并拉动出货量增长；需求方面则由车型需求带动磷酸铁锂电池出货量爆发式增长，比如比亚迪汉EV、铁锂版Model 3/Y以及宏光Mini EV等。

磷酸锰铁锂是磷酸铁锂的升级方向，在短期内尚不适于作为正极材料主材。磷酸锰铁锂是磷酸铁锂和磷酸锰锂的结合物，继承了磷酸铁锂的高安全性和稳定性。虽然磷酸锰铁锂的理论容量与磷酸铁锂相同，但它相对于Li/Li+的电极电势更高，达到4.1 V，远高于磷酸铁锂的3.4 V。同时它能在有机电解液体系的稳定电化学窗口以内工作，从而使得它的能量密度可提高约10~15%，这也是相对于磷酸铁锂的最大优势。不过，磷酸锰铁锂的电导率较低，而锰元素会溶出导致充放电能力差、循环寿命差等问题，因此短期内作为正极主材还不可见。尽管磷酸铁锂的市场占比已有所回暖，但在乘用车领域，高镍三元仍是主流。目前，市场份额最大的NCM523呈现下滑趋势，低镍三元市场份额逐年被压缩。相反，高镍NCM811占比持续增加。同时，部分企业在9系高镍、NCMA甚至无钴高镍等领域进行技术升级，但它们仍属于在高镍体系内的迭代。对于NCA，由于技术壁垒较高，国内企业在市场份额上占据较小的份额。

预计未来两年，磷酸铁锂的市场份额将继续回暖，占比预计稳定在50%~60%间，但在整个动力电池市场，特别是乘用车领域，高镍三元仍将占据重要地位。低镍三元将逐步淘汰，中镍三元市场份额将进一步减少，而高镍三元份额有望继续增长。预计未来，三元和磷酸铁锂将长时间共存。磷酸铁锂将利用其性价比和安全优势在储能、商用车和中低续航乘用车市场占据一席之地，而高镍三元则将凭借其高能量密度优势扩大在中高续航乘用车市场中的份额。在新能源车市场，高中低端乘用车对各项指标的敏感度不同，将实现分级消费。高续航版（≥600km）搭载高镍三元；中续航版（400＜x＜600km）搭载中镍三元；入门级/低续航版（≤500km）搭载磷酸铁锂。但是，由于车型定位、动力性能、快充性能和风阻系数等因素的差异，各种车型之间的动力电池选择差异还是存在的。

氢气作为氢能的主要载体，其生产、存储、运输及应用技术及设备的开发是推动氢能产业发展的关键。然而氢气的高效存储一直受制于氢气低密度、高活性的物理化学特性限制而难以实现，因此，氢的 “储存和运输” 是氢能产业链中的瓶颈问题。

在储氢实际应用中，安全和高密度储存是最重要的问题，其次为经济性和便利性。固态储氢具有最接近解决这些问题的特性，因此可提供重要的解决方案，原因在于：第一，它具有最高的体积储氢密度。以MgH2为例，其体积储氢密度可达110kg·m-3，是标准状态下氢气密度的1191倍、70MPa高压储氢的2.75倍、液氢的1.55倍。第二，它有很好的储氢安全性。储氢罐易密封，可在常温常压下储存氢气。在突发事件下，即使发生氢气泄漏，储罐也能自控式地降低氢气泄漏速度和泄漏量，从而为采取安全措施赢得宝贵时间。固态储氢本质上是储氢首要问题的最佳解决方案之一，可为氢能的高密度和高安全储运提供有力支持。

合金储氢材料

金属氢化物储氢材料已被广泛应用，包括稀土系（如LaNi5）、Ti-Zr-Mn系、钛铁系（如TiFe）、镁系和钛/锆系等储氢合金。这些材料能有效克服高压气态和低温液态两种储氢方式的不足，拥有大的体积储氢密度、易操作、运输方便、低成本、高安全性等特点，特别适用于体积要求严格苛刻的氢气应用场所。

目前，稀土系储氢材料的生产工艺最为成熟，产业规模也最大，因此是实现氢能产业化关键技术手段之一。

固态储氢整体虽然处于研发示范的早期阶段，但在近年已有大巴车、卡车、冷藏车、备用电源等实现以固态储氢为能源供应，2022年，固态储氢项目已超过两位数。

六、氢燃料电池材料

氢燃料电池与常见的锂电池不同，系统更为复杂，主要由电堆和系统部件（空压机、增湿器、氢循环泵、氢瓶）组成。电堆是整个电池系统的核心，是电池单体以串联方式层叠组合而成。电池单体则是由膜电极、双极板以及外壳组合而成。近年来，氢燃料电池新材料研究集中在膜电极和双极板方面，氢燃料电池材料体系及部分相关前沿研究如下图所示。

膜电极（MEA）组件

膜电极是氢燃料电池系统的核心组件，通常由阴极扩散层、阴极催化剂层、电解质膜、阳极催化剂层和阳极气扩散层组成，直接决定了氢燃料电池的功率密度、耐久性和使用寿命。

质子交换膜（PEM）

质子交换膜的材料需要满足起到质子传导和阻隔燃料的要求，一般是能够传导质子的聚合物。PEM作为氢燃料电池核心部件，其质量好坏直接影响电池的使用寿命。

催化剂

在氢燃料电池的电堆中，电极上氢的氧化反应和氧的还原反应过程主要受催化剂控制。催化剂是影响氢燃料电池活化极化的主要因素，被视为氢燃料电池的关键材料，决定着氢燃料电池汽车的整车性能和使用经济性。

气体扩散层（GDL）

气体扩散层起到将反应气体传递到催化层，同时将生成的水排出的作用。反应气体的传质和水排出直接影响着膜电极的性能，因为不良的传质容易造成膜电极饥饿或者水淹现象。GDL通常是由碳纤维编织纸或碳纤维无纺纸制成，碳纸的基材来源于碳纤维，把碳纤维做成碳纸才是核心的难点所在。

双极板（BPs）

按照双极板类型不同，燃料电池电堆可分为石墨板电堆和金属板电堆还有复合双极板。石墨板电堆的优势在于耐腐蚀，寿命长，金属板电堆的主要优点在于功率密度高，因此，目前市面上的大功率电堆以金属板电堆为主，主要应用于乘用车，中小功率电堆以石墨板电堆为主，主要面向于商用车。

石墨双极板

石墨材料最早被利用来制造双极板，包括人造石墨和天然石墨两种。石墨在燃料电池工作环境下具有优异的耐蚀性、高化学稳定性以及良好的导电性，同时对催化剂和膜不产生污染。这些优点使石墨材料成为一种很好的制造双极板的原料，其流道一般采用机加工方式生产。但石墨本质上具有较低的弯曲强度，并且容易发生断裂，同时容易产生缺陷，造成石墨板漏气。所以机加工的石墨板需要通过后处理过程如浸渍树脂来防止气体渗透。因此，成本高、机械性能和工艺性差对石墨板而言是主要的技术瓶颈。尽管如此，石墨双极板仍然是目前燃料电池市场的主流，在燃料电池公交车和物流车上广泛使用

金属双极板

金属双极板具有优异的导电、导热性能、机械加工性、致密性，同时具备强度高、阻气性好等优势，可以为乘用车提供良好的动力密度、低温（-40℃）启动保障，并且适合大批量低成本生产。

复合双极板

基质材料的不同，极板复合材料可主要包括碳/碳复合材料（确切来讲，碳/石墨）、金属/碳复合材料、热塑性石墨复合材料和热固性石墨复合材料。其主要挑战是如何在导电性和机械性能之间获得最佳的平衡。这主要受填料和基质的比例影响。至于导电性，则需要设计与制造合理的复合板显示出与石墨板相当的性能。

光热发电利用太阳能聚焦热能发电，相关材料包括聚光镜、吸收体等。机会点包括聚光镜优化设计及制造技术、吸收体的高效材料研究、热储存技术等。光热发电对镜面的角度变化要求很高，因此对应的工业软件也应该重点关注。

风力发电材料

风力发电是新能源领域的一个热点，叶片是其重要组成部分，其它材料还包括塔筒、轮毂、发电机、变桨机等。机会点包括叶片轻量化设计和制造技术、新材料的应用研究、塔筒、轮毂等部件的智能制造技术等。

动力电池材料

动力电池是电动汽车的关键部件，相关材料包括正负极材料、电解液、隔膜等。机会点包括新材料的研发、生产过程及性能优化技术、高安全性、高耐久性、低成本电池技术、电池回收利用技术等。

储氢材料

储氢材料是氢能源产业的基础之一，其关键技术为氢的高效储存和释放。机会点包括新型高吸附材料研发、技术应用和产业化、气态和液态储氢材料的生产和利用、储氢系统的集成和优化设计等。

氢燃料电池材料

氢燃料电池是一种全新的清洁能源，其关键科技为制备高效的催化剂。机会点包括新型催化剂材料研发、制备技术改进、生产工艺智能化等。

总的来说，新能源材料产业具有广阔的市场前景，需要不断研发创新和技术提升，以满足可持续发展的需求。同时，也需要在技术应用、成本控制、市场拓展等方面综合考虑，以保证新能源材料产业的持续稳定发展。

本文内容来源于保达新材料等公开信息，责任编辑：胡静，审核人：李峥

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