艾群：鋰動力電池發展趨勢及主流技術路線

浙江遨優動力系統有限公司副總經理 艾群

首先介紹鋰動力電池的發展趨勢，這幾年動力電池的發展趨勢非常迅猛。到2025年，整個新能源汽車的銷量會達到660萬輛，並且在純電動和PHEV上的快速增長，已經超過了混合動力汽車。到2025年，整個預計的產能會達到85GWH，但是早上各位專家也說到，整個動力電池的產能已經超過了電動車對它的需求，但是高端電池的需求還是缺乏的。

國家對動力電池的發展也做了一個具體的規劃，到2020年的能量密度要達到300瓦時每公斤，成本要小於1.5，到後面要達到大於等於300瓦時每公斤，成本小於0.8元，壽命達到1500次，後面新型鋰離子電池的能量密度要達到400瓦時每公斤，新體系要達到500瓦時每公斤。

國家對整個電池的規劃，從2020年到2025年，到2030年都有一個技術的要求，要求不斷地提升，能量密度要達到越來越高，特別是系統的成本方面，要從1.3元/瓦時降到0.8元/瓦時。

第一階段在2016年到2020年，這個是技術的一個升級階段。首先單體能量密度要達到300瓦時每公斤，成本要降低50%，達到0.6元/瓦時，這個是單體的，能量密度達到250。從2014年到2015年之間，動力電池的成本還是在2.5元到3元，但是2017年已經很快下降到1.6元到2元之間，整個還是非常符合市場對於動力電池的需求。

第二階段、第三階段，我前面已經講到，就不再累述。

動力電池的一個發展關鍵，無非是這幾個方面，說起來非常簡單，但是做起來非常難，第一個是一次性要求非常高，除了單體以外，特別是成組之後的一次性，在安全性方面，因為它關係到人的生命財產安全的，所以在安全性方面也是一定要做到的。低成本、高功率的密度，免保養、好的高低溫性能、環境友好、長循環壽命和快速充電。

鋰電池動力電池的體系發展路線，從目前來看還是在磷酸鐵鋰、三元還有錳酸鋰加碳的體系，目前的能量密度已經達160到200瓦時左右了，後面還要繼續發展，從高鎳體系，NMC、NCA還有高鎳的鎳錳體系加碳，可以做到200到280瓦時每公斤。要做到250到400，除了政策的配合，還需要核心材料比如說硅碳、錫等材料的應用。要大於400以上，基本上體系方面要發生變化，像前面幾位教授講到的鋰硫電池、鋰空等新的體系的應用。

在技術路線方面，我們分這三個方面來進行闡述。

目前在動力電池方面按形狀分有三種，方形、圓柱、軟包，從這些產品的各項市場比例來講，軟包電池在近幾年已經呈一個非常上升的趨勢，在某些高端領域，比如說沃特、日產的這些電池都是應用的軟包裝電池。軟包裝電池的佔比在以後的趨勢中有望超過50%。軟包裝電池跟其它的兩種方形和圓柱電池比較起來，最大的優點是安全性能，因為它是軟包裝，是通過PP膜熱封封口的方式，所以承受的內壓比較低，一般在2到3公斤就會釋放壓力，圓柱和方形鋰電是通過軟口或者是激光焊的方式，一般承受的壓力在10到15公斤左右。所以如果當防爆閥不能完全打開的時候，可能會發生這種爆炸的問題，所以從三種形狀上來比較的話，軟包裝的安全性能是略勝一籌的。

還有軟包裝在充電和放電方面也是有優勢的。從1997年開始，軟包裝就已經應用在MP3和數碼電池領域，2001年開始應用在手機、藍牙耳機，2004年應用在航模，2005年開始就已經在LEV，就是電動自行車、平板電腦上有應用。後面的幾年就開始側重於動力電池的應用，實際上從分析數據來看，近幾年的動力電池方面的增長速度已經超過了消費類的發展速度。軟包裝的發展史基本上就是遨優的技術團隊一起成長起來的。

從新能源汽車產業鏈來看，主要分上、中、下游，上遊方面主要是鎳礦、石墨、鋰礦、正負極材料的礦資源。中游主要是電芯材料這一塊，正極、負極、電解液、隔膜還有一些其它的材料，中間就是我們電池製造和PACK組裝這一塊。下游面臨的就是手機等等消費類電子，還有電動工具、電動自行車、電動新能源汽車和儲能系統。

新能源汽車成本方面分析，動力電池基本上已經佔據了新能源汽車的50%的成本，所以為什麼這麼多大的乘用車廠一定要有自己的電廠廠家和PACK廠家，這也是新能源汽車的核心技術，從成本上也可以看到。

從整個動力電池的成本上進行分析，正極佔到35%到50%左右，最近特別是正極材料漲價之後，基本上它的整個成本已經佔到整個動力電池的50%。其它的比如說電解液、隔膜這些大概是佔10%幾左右。

影響動力電池的壽命的幾大因素，主要是從正極、負極還有電解液、隔膜，正極這一塊前面包含正極材料廠家也介紹到，比如有一些包覆、摻雜、顆粒度前軀體的一些性能，都會影響我們動力電池的壽命。

正極材料方面主要是要求氧化還原變化定位小，化學穩定性要好，還有顆粒、形貌、材料搭配，重點還有它的離子電導率，大電流的充放電性能。負極也是一樣，希望形成必須好的SDI膜，能夠快速容納鋰離子，能夠快速充電和放電，放電性要非常好。

電解液方面，我們通過研究新的材料搭配，還有SEI膜的成膜添加劑，還有一些過充的添加劑，因為我們新的國標要求對三元也有要求，要求它的電壓要EC充，高於1.5倍的電壓測試要能夠過。所以在電解液方面還有正極包覆方面的結合要通過這個測試。

電解液要對防腐蝕方面有添加劑，還有可以降低內阻、提高表面活性、提高正極成膜性能的添加劑。隔膜方面，我看到前面中科院的老師也介紹到，我們在隔膜方面，因為在動力電池應用方面要求安全性能要好，所以它的熱收縮能力好，還有離子的導體，能夠快速地通過離子導體的塗層隔膜，還有耐高電壓的隔膜。

現有的幾種材料的比較，這裡不再累述。目前來看正極材料有這樣幾種選擇，一種就是目前我們用的最多的，就是三元523、622，甚至811這些可能都還在實驗室的階段，沒有進行量產。還有鎳錳的二元類的，這種可能就需要電壓比較高，5伏的這種，還有特斯拉運用的這種鎳鈷鋰三元材料，還有負鋰的，我們非常看好，因為它這裡沒有特別貴的鎳和鈷這種金屬，能量密度也非常高，如果能夠非常好地應用這個材料，可以馬上讓動力電池的成本下降。後面還有一些鈉、鉀離子，這樣就可以降低成本。

我們對不同三元材料容量分析，隨著鎳的含量的添加，它的容量會越來越高，但是匹配它的就是需要一些高電壓的電解液、隔膜，比如還有一些加工工藝方面的匹配。

在電解液方面，通過一些新的鋰鹽來配合這個體系，比如說加一些ODFB，包括現在的一些TFSI和FFSI這些鹽類，包括一些改善低溫的二氟磷酸鋰，通過在正極形成保護膜，使三元與正極電解液的反應，提高電池的壽命。

負鋰錳主要是在2到4.8伏，能夠發揮250毫安時以上的容量。但是因為這個材料結構上的一些問題，還有它本身面臨的一些局限性，可能有很多專家不看好這個材料，但是因為它鋰擴散效率比較低，它的平台會逐漸降低這些缺點，所以包括科研機構和很多企業都沒有很好地利用好這個材料，其實通過一些摻雜、改性、納米化和改善包覆可以逐漸克服，目前在我們實驗室已經有比較好的結果。

後面還有磷酸錳鐵鋰主要是能夠提高它的電壓平台，能夠保持磷酸鐵鋰的安全性能，並且提高能量密度，這也是有希望的一種材料，這一塊材料就應用得比較成熟。還有就是前面提到的一些新的鈉鹽，硫酸鐵鈉等材料，不用磷酸鋰合成的材料，也是新型的材料，它是可以降低成本的。

負極方面目前大家紛紛都提到的也就是硅碳，但是因為硅碳自身的一些特點，比如說它的膨脹性和它的守時效率的問題，大家也都紛紛想辦法解決這方面的問題，包括補鋰，包括跟碳的一些複合，避免它的缺點，應用它的優點。把硅納米化，和石墨烯摻雜，還有PV連接器都是為了更好地運用硅碳，再跟電解液的一些配合。

除材料方面以外，在電池工藝方面也非常重要，這個也是影響我們動力電池的壽命的，首先第一點是塗附的一次性，塗附是動力電池的一個基本，如果這個程序沒有做好的話，後面就很難做出性能非常好的電池。所以在塗附方面，其實現在國內的自動化程度已經上到一個水平，現在我們都會應用這種擠壓式的塗附，能夠控制在正負1的精度，並且通過Xre或者β射線控制塗附的密度進行閉環控制。還有生產過程中的壓實密度的一致性也對電池的性能影響非常大，特別是在負極的壓實方面，會對電池的循環還有能量影響非常大。還有水分的控制。還有化成技術，軟包裝在化成技術上有一定的優點，可以利用高溫加壓化成的技術，圓柱或者是鋁殼電池，鋁殼電池目前採用負壓，一個大氣壓左右，但是軟包裝可以加好幾個這種壓力，可以更密切地讓正極和負極接觸，手持的時候可以形成緻密的膜，保持它後期的性能。

還有保液量，有專家說後期把電池拿回來要進行補液，來讓它的二次壽命能得到提升，進行二次利用。實際上補液量在首次的時候也非常重要，直接影響到電池的長循環的使用。

（本文根據速記整理，未經嘉賓審核）

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