中國儲能網(wǎng)訊：續(xù)航里程已經成為新能源汽車消費者購買時關注的一大焦點，續(xù)航里程的長短不但決定著新能源汽車價格高低，同時在很大程度上也左右了消費者的購買意愿。而電池的能量密度提升在大幅增加新能源汽車續(xù)航里程的過程中發(fā)揮了關鍵的作用。
2017年3月1日，工信部、發(fā)改委、科技部和財政部四部委聯(lián)合印發(fā)了《促進汽車動力電池產業(yè)發(fā)展行動方案》(下文簡稱《行動方案》)，產品性能上提出2020年動力電池系統(tǒng)比能量達到260Wh/kg、成本降至1元/Wh以下,2025年動力電池單體比能量達500Wh/kg的目標。
據(jù)業(yè)內人士介紹，目前動力電池單體比能量約為150Wh/kg，系統(tǒng)比能量約為100Wh/kg，要實現(xiàn)260Wh/kg的目標具有一定的挑戰(zhàn)性。政策此舉何意?從關鍵材料層面分析，有哪些可以改進的措施呢?
三元材料的“進擊”
根據(jù)正極材料的不同，動力鋰電池一般分為磷酸鐵鋰電池、三元鋰電池和錳酸鋰電池等。不同種類的動力鋰電池的性能不盡相同。磷酸鐵鋰電池安全耐用，國內許多電池廠商選擇走這一路線。而三元鋰電池具有較高的比能量，能更好地迎合市場對于續(xù)航里程的需求。目前，磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池的市場占有率分別是70%與25%。
三種動力用正極材料性能對比
圖表來源：賽瑞研究
從市場表現(xiàn)上看，三元材料、銅箔等材料產銷節(jié)節(jié)升高。據(jù)不完全統(tǒng)計，去年五月至今，三元材料擴產項目達到19個。三元材料主要由鎳、鈷、錳、鋁等金屬材料組成。受剛果下調鈷礦產量和出口量等原因影響，鈷產品供給收縮，鈷酸鋰價格不斷上漲。有數(shù)據(jù)顯示，鈷酸鋰成本自去年9月份上漲了21.2萬/噸。三元原材料供不應求，缺口巨大，價格呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢。
近期鈷MB 報價走勢
國內三元動力電池鈷需求量預測(噸)
來源：中華商務網(wǎng)，中泰證券研究所
作為鋰電池組成部件之一的鋰電銅箔亦供不應求，迎來了漲價潮。國內銅箔產品產量相對較低，一般不能完全滿足鋰電池廠商的需求，需要從國外進口部分產品，同時國內也缺乏中高端銅箔，比如高強度高韌性、能提高能量密度的超薄銅箔。券商預計2017年底之前仍將處于供給緊張狀態(tài)。
從三元等材料的供不應求，不難看出市場對高能量密度材料的急切需求。
三元動力電池需求及占比預測(單位：GWh)
來源：公開資料整理
而從政策方面看，步入2017年，工信部發(fā)布的首批《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》上出現(xiàn)5款搭載三元鋰電池的新能源客車，意味著去年的“三元鋰客車禁令”已解除。結合《行動方案》和2016中國汽車工程學會年會上發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術路線圖》，不難看出國家正在大力引導動力電池產業(yè)的發(fā)展。多位業(yè)內人士認為，為了進一步推廣新能源汽車，政策將嚴抓對動力電池能量密度的要求。
一位不愿具名的電池業(yè)內人士告訴新材料在線，動力電池高能量密度化將是新能源汽車發(fā)展的方向之一?！巴葪l件下對比，鋰電池的能量密度差汽油太多，新能源汽車的發(fā)展任重而道遠?！?
國軒高科總裁方建華曾表示：“伴隨著電池技術發(fā)展，也需要國內向能量密度更高的鋰電池過渡?！?
解開能量密度困局
《行動方案》要求動力電池關鍵材料及零部件取得重大突破。到2020年，正負極、隔膜、電解液等關鍵材料及零部件達到國際一流水平，上游產業(yè)鏈實現(xiàn)均衡協(xié)調發(fā)展，形成具有核心競爭力的創(chuàng)新型骨干企業(yè)。
該方案對于電池比能量的要求勢必會引發(fā)新一輪高能量密度材料熱潮。遠東福斯特新能源有限公司總經理蔡棟曾在接受采訪時表示，在電池包的成本構成中，上游原材料占近70%的份額，部分原材料漲價讓電池廠商束手無策。鋰業(yè)分析師墨柯認為，在動力電池中成本占比約30%的三元材料逆市漲價，將給動力電池和汽車廠商帶來不小的成本壓力。
三元材料的擴產是為了響應政策和市場對于高能量密度電池的需求。那如果要達到《行動方案》上列出的目標，四大關鍵材料該做出怎樣的改進呢?
“正極材料的話，一般會采用一些高能量密度的材料，比如高鎳三元材料NCM811和NCA;負極則是硅碳材料;電解液方面，高電壓電解液是提升鋰電池能量密度的關鍵;隔膜的話，陶瓷涂覆隔膜技術或許也會有所助益?！睂幉ㄉ忌夹虏牧峡萍加邢薰炯夹g部副部長顧凱在接受新材料在線采訪時表示。
中國電子科技集團第18研究所電池檢測中心主任肖成偉在“鋰產業(yè)-新生態(tài)”國際高峰論壇中表示，正極材料有層狀結構、尖晶石結構和橄欖石型結構，其中高密度的三元材料現(xiàn)在是研發(fā)產業(yè)化的熱點。而負極材料方面有碳材料、金屬氧化物材料、合金材料，其中在合金類的材料里面的硅碳負極材料是研發(fā)的熱點。
據(jù)悉，比亞迪、CATL、國軒高科和天津力神等國內一線梯隊的電池廠商都在加緊提高電池能量密度，主要也是通過改進正、負極等材料的性能來實現(xiàn)。其中，比亞迪將在正極采用高鎳三元材料、負極采用氧化亞硅或納米硅，目標是2018年電池比能量達到240Wh/kg，2020年達到300Wh/kg。CATL則將采用硅碳材料作為負極，“十三五”期間希望實現(xiàn)350Wh/kg的目標。
“這些其實都是走的先進技術路線。如果再大膽創(chuàng)新點，可以嘗試石墨烯等前沿技術。當然，石墨烯目前只用做添加劑和導電劑，對降低電池內阻、提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命等有一定幫助?！鳖檮P補充道，“電池能量密度的提高不僅僅是材料改進的問題，還要考慮電池系統(tǒng)集成技術等，是個復雜的問題。而且僅僅提高能量密度不一定能用在電動汽車上，還要兼顧電池壽命和安全性等?！?
前沿科技值得期待
回顧過去，思尋當前，除了對現(xiàn)有的材料性能進行改善，有沒有發(fā)現(xiàn)哪些材料將有助于電池領域的革新呢?
中國工程院陳立泉院士曾經公開表示：“下一代鋰電池應是全固態(tài)鋰電池，如果現(xiàn)在還不布局全固態(tài)鋰電池，將會錯失發(fā)展時機。”美國初創(chuàng)公司Sakti3就憑借固態(tài)電池技術獲得了包括通用等巨頭在內的多家公司的投資。近日，寶馬亦宣布將研究開發(fā)固態(tài)電池技術。從技術角度看，這種電池使用的是固態(tài)電解質。固態(tài)電解質具有高安全和極好的高溫穩(wěn)定性，可匹配高電壓材料，有助于提高電池能量密度。
石墨烯是目前最硬、最薄、導熱導電性能優(yōu)異的材料，被稱為“黑金”和“萬能材料”。在鋰電池上，如果將石墨烯和炭黑混合后作為導電添加劑加入，可以有效降低電池內阻，提升電池倍率充放電性能和循環(huán)壽命。據(jù)悉，三星研究團隊通過在電池的硅表面覆蓋石墨烯制作一種新的“硅陰極材料”，把電池的能量密度提到高現(xiàn)有電池的2倍。華為也攜手曼徹斯特大學的國家石墨烯研究院，期望能早日實現(xiàn)石墨烯電池的商業(yè)化。
而因為董明珠大熱的鈦酸鋰材料也值得關注。它可以替代石墨作為負極材料。雖然能量密度不高，但鈦酸鋰可以讓電池實現(xiàn)高倍率充放電，且安全性能優(yōu)異，循環(huán)壽命長。據(jù)悉，銀隆現(xiàn)在所研發(fā)的第四代高能量密度鈦酸鋰電池，與第三代相比成本下降40%，能量密度提高60%。業(yè)界樂觀預計，未來鈦酸鋰電池可能將與三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池形成三足鼎立的局面。
業(yè)內人士表示，還有很多可應用于電池領域的材料，比如碳納米管等。但這些技術大多尚處在實驗室階段，需要經過不斷的萃取和檢驗，邁過商用門檻，才能踏入市場大門。
