提高比能量仍是動力電池的技術(shù)走向

　　隨著中國新能源汽車市場的快速發(fā)展，隨著歐洲以碳減排為目標(biāo)，積極鼓勵電動汽車增產(chǎn)擴市，隨著日韓車企把目標(biāo)瞄向氫能源，新能源汽車已然成為汽車產(chǎn)業(yè)的新寵。2020年，中國新能源汽車加速從政策主導(dǎo)向市場主導(dǎo)轉(zhuǎn)變，國際汽車巨頭發(fā)力中國新能源汽車市場，作為新能源汽車最重要的核心部件，動力電池產(chǎn)業(yè)的競爭也進入新的階段。

　　2020年7月25日，中國電動汽車百人會舉辦了“動力電池產(chǎn)業(yè)整體趨勢再研判”的閉門研討會，來自電池企業(yè)的代表與電池方面相關(guān)專家就當(dāng)前動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展發(fā)表了各自的看法。

　　高比能量、長續(xù)駛里程是車企必然選擇

　　電池成本高、續(xù)駛里程短，一直是阻礙電動汽車擴大銷量的主要問題。反映在動力電池技術(shù)上，則是電池的能量密度決定續(xù)駛里程的長短。在能量密度一定的前提下，要延長續(xù)駛里程就要多裝電池，但電池裝多了成本就上升，還會擠壓寶貴的車內(nèi)空間。面對這種兩難，盡管提高電池能量密度會帶來更多安全問題，但這條路依然成為車企的必然選擇。

　　為了提高能量密度，電池企業(yè)積極探索多種形式的創(chuàng)新。包括創(chuàng)新磷酸鐵鋰模組工藝;尋找正極、負(fù)極新材料;推廣固態(tài)電解質(zhì)、新型隔膜等。LG化學(xué)中國總部副總經(jīng)理孫興起將電池技術(shù)的新發(fā)展概括為三個方面：單體材料的創(chuàng)新、模組結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新、制造工藝的創(chuàng)新。中航鋰電科技有限公司 CMO謝秋認(rèn)為，現(xiàn)在行業(yè)內(nèi)探討的，用結(jié)構(gòu)創(chuàng)新提高電池包的體積能量密度的大電芯、大模組，甚至是無模組結(jié)構(gòu)的總體目標(biāo)都是一致的，就是通過集成和互用減少一些不增值的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

　　比亞迪刀片電池從設(shè)計上減少了動力電池?zé)o能量部件的使用，在PACK層面提升了磷酸鐵鋰電池的能量儲存密度，使磷酸鐵鋰電池體積比能量密度提升50%，配裝磷酸鐵鋰電池的電動汽車也達到了500公里以上的續(xù)航里程，讓這種成本低、安全性好，但能量密度也低的電池?zé)òl(fā)了新的生機。

　　全固態(tài)電池是最有可能超過鋰離子電池能量密度、簡化結(jié)構(gòu)工藝、降低成本的技術(shù)路線。寧德時代的剛性膜片及固態(tài)鋰金屬電池專利，使能量密度達400Wh/kg以上，并解決了安全性和循環(huán)壽命等難題，提升了固態(tài)鋰金屬電池的循環(huán)性和降低短路發(fā)生幾率。在解決提升電池能量密度和提高電池安全水平這對矛盾方面進行了有益的探索。

　　目前，中國大部分汽車廠商和新能源廠商都參與到固態(tài)電池的研發(fā)中。據(jù)了解，目前，清陶能源、輝能科技、贛鋒鋰業(yè)、萬向一二三、衛(wèi)藍新能源、珈偉股份、巨電新能源等鋰電企業(yè)，均在建固態(tài)電池產(chǎn)線。大眾、三星、寶馬等國際巨頭也在尋求固態(tài)電池領(lǐng)域的突破。據(jù)天津力神總裁助理丁照石介紹，在2020年到2025年期間，企業(yè)一直在致力于三元材料中鈷含量的降低，甚至在做無鈷材料，電解液向固態(tài)化方向發(fā)展。天津力神判斷，固態(tài)電池有望2030年后實現(xiàn)商業(yè)化。

　　成本、安全、壽命，關(guān)系電動汽車的成敗

　　當(dāng)前，提升動力電池能量密度、降低成本、提高壽命、保障使用安全，已經(jīng)成為消費者對電動汽車的基本要求，其中的安全更成為社會關(guān)注的焦點。遠景AESC中國區(qū)總裁趙衛(wèi)軍指出：電動汽車的安全是什么?安全是對邊界的認(rèn)知和把控。寧德時代新能源科技股份有限公司董事長助理孟祥峰也認(rèn)同這個觀點，他認(rèn)為，電動汽車的安全保障一方面來自于電池本身的安全特性和一致性，另一方面也來自于外部的安全邊界控制得好。

　　中航鋰電 CMO謝秋指出：安全是個系統(tǒng)工程，需要從材料、電芯的設(shè)計改善、制程的控制和檢測技術(shù)，還有電池包的安全設(shè)計等各個維度去考慮，包括生命周期、充電策略的管控優(yōu)化。

　　降低鈷用量，探索高鎳無鈷材料，以降低電池成本;探索電池補鋰技術(shù)，結(jié)合熱管理和BMS窗口控制技術(shù)，以開發(fā)長壽命電池;大力開發(fā)固態(tài)電池，以提高電池安全性，正成為電池企業(yè)積極探索的方向。

　　6月初，寧德時代宣布研發(fā)出16年超長壽命或200萬公里行駛里程，成本相比當(dāng)前電池僅增加不超過10%的新技術(shù)，這一技術(shù)適用于磷酸鐵鋰和三元電池。孟祥峰指出，追求高能量密度、追求高續(xù)航的方向沒有錯，那是未來新能源汽車和電池競爭的關(guān)鍵點，但是要把安全問題解決好。

　　據(jù)中國汽車技術(shù)研究中心首席專家王芳介紹，去年，國家成立了新能源汽車事故調(diào)查專家組。專家們在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，有兩大類原因?qū)е滦履茉雌囀鹿实陌l(fā)生。第一類原因比較簡單，就是產(chǎn)品存在著明顯的設(shè)計缺陷。第二類則找不到明顯的設(shè)計缺陷，造成事故的原因都是不同的，涉及到從原材料選擇、電池研發(fā)制造到系統(tǒng)集成諸多方面、各個環(huán)節(jié)。她總結(jié)說，電動汽車的安全問題也是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)該與技術(shù)革新關(guān)聯(lián)起來。

　　三院士建議：加強基礎(chǔ)技術(shù)研究，尋找顛覆性創(chuàng)新

　　針對未來動力電池發(fā)展，會議上三位院士給出了各自的建議。

　　中國工程院院士吳鋒提出，我國動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展多年，有了很大進步，但還有產(chǎn)生顛覆性創(chuàng)新的空間。要將學(xué)校、研究單位和企業(yè)聯(lián)合起來，建立一種新型合作關(guān)系，從材料體系、電池體系、制造工藝等方面進行較大創(chuàng)新，才能提高動力電池本身的智能化，制造電池過程的智能化水平。這些都需要得到國家的重點支持。

　　中國工程院院士陳立泉建議關(guān)注鈉離子電池的發(fā)展。他介紹，鈉離子電池有很多優(yōu)點，比如正負(fù)極都可以采用鋁箔，能大幅降低電芯和模組的工藝要求，雙極性電池也容易做成。這樣可以讓鈉離子電池脫離鋰離子電池的技術(shù)路線走出一條新路。我國鈉資源很豐富，可以規(guī)避鋰資源依賴進口的風(fēng)險，同時其成本比磷酸鐵鋰還低。

　　這些優(yōu)勢可以使其拓展兩個應(yīng)用領(lǐng)域：第一是給低速電動車用，低速電動車的一大問題就是使用低成本鉛酸電池帶來的污染，而在低速電動車上大規(guī)模推廣磷酸鐵鋰和鋰電池又受到成本的制約;第二是資源豐富和低成本的優(yōu)勢，可以使其應(yīng)用在大規(guī)模儲能上。據(jù)他介紹，兩年前，中國科學(xué)研究院物理研究所已在低速電動車上進行了鈉離子電池的試驗，去年做了儲能演示裝置的試驗。

　　中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會副理事長歐陽明高表示，動力電池的產(chǎn)品開發(fā)、技術(shù)攻關(guān)、顛覆創(chuàng)新三方面同等重要，三條線要并行發(fā)展。基礎(chǔ)研究的目標(biāo)是動力電池單體比能量達到500瓦時/公斤，系統(tǒng)比能量達到300瓦時/公斤，體積密度達到1000瓦時/升。他特別指出，下一步的重點是挖潛電池理論容量和比能量，要依靠全鏈條的智能化，包括材料開發(fā)的基因組、仿真、大數(shù)據(jù)等等來實現(xiàn)。還要支持0—1原創(chuàng)的顛覆性技術(shù)開發(fā)，支持基礎(chǔ)技術(shù)研究。