中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：10月26日，中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)在其年會(huì)上發(fā)布了《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，包括節(jié)能汽車、純電動(dòng)和插電式混合動(dòng)力汽車、燃料電池汽車、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、汽車制造技術(shù)、汽車輕量化技術(shù)及動(dòng)力電池技術(shù)等七大領(lǐng)域未來(lái)15年的發(fā)展路線制定。工業(yè)和信息化部裝備工業(yè)司副司長(zhǎng)瞿國(guó)春強(qiáng)調(diào)，路線圖為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展指明了發(fā)展方向，明晰了重點(diǎn)和路徑，希望成為行業(yè)一致的行動(dòng)指南。
為了詳細(xì)解讀這份關(guān)乎中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的七大路線圖，我們將結(jié)合《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》完整版，分七篇逐一介紹七大技術(shù)路線圖的制定背景以及詳細(xì)的發(fā)展規(guī)劃。
動(dòng)力電池作為能量?jī)?chǔ)存裝置，是電動(dòng)汽車的核心部件。其性能的優(yōu)劣直接影響電動(dòng)汽車的市場(chǎng)應(yīng)用和普通消費(fèi)者的接受度，如安全性、能量密度、功率密度、壽命以及成本等。目前世界范圍內(nèi)動(dòng)力電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化主要集中在三個(gè)區(qū)域，分別位于德國(guó)、美國(guó)，及中日韓所在的東亞地區(qū)，鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)目前也主要集中在中日韓三個(gè)國(guó)家。
從技術(shù)及產(chǎn)業(yè)的角度綜合來(lái)看，日本在技術(shù)方面依舊領(lǐng)先，韓國(guó)在市場(chǎng)份額上超越日本占據(jù)第一位，中國(guó)的電池企業(yè)數(shù)量最多，產(chǎn)能最大。我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化聚集區(qū)域主要有四個(gè)：珠江三角洲、長(zhǎng)江三角洲、中原地區(qū)和京津冀區(qū)域。超過(guò)100家動(dòng)力電池企業(yè)開(kāi)展動(dòng)力電池及電池系統(tǒng)的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化工作，超過(guò)了1000億產(chǎn)業(yè)資金投入，形成了超過(guò)400億瓦時(shí)的年生產(chǎn)能力，技術(shù)研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展顯著。
在技術(shù)方面，動(dòng)力電池單體和模塊通過(guò)了GB/T31485安全性的要求，但電池系統(tǒng)的安全性有待進(jìn)一步驗(yàn)證和提升。關(guān)鍵材料基本實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，單體技術(shù)水平與國(guó)外基本處于同一水平。已形成了較為完善的鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈體系，掌握了動(dòng)力電池的配方設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝技術(shù)，生產(chǎn)線逐漸從半自動(dòng)中試向全自動(dòng)大規(guī)模制造過(guò)度。產(chǎn)品均勻一致性、系統(tǒng)集成技術(shù)、生產(chǎn)自動(dòng)化程度，需加緊追趕。
動(dòng)力電池的發(fā)展與需求
未來(lái)相當(dāng)一段時(shí)期內(nèi)，我國(guó)節(jié)能與新能源汽車將以普及應(yīng)用插電式混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)企業(yè)等新能源汽車為主要任務(wù)，迫切期待動(dòng)力電池降低成本、提高性能。研發(fā)新型鋰離子電池和新體系電池、提升動(dòng)力電池智能制造水平、完善驗(yàn)證測(cè)試方法和標(biāo)準(zhǔn)體系，既是我國(guó)節(jié)能與新能源汽車的發(fā)展需求，也是我國(guó)動(dòng)力電池發(fā)簪的關(guān)鍵任務(wù)，具有緊迫性。
在此背景下，將我國(guó)動(dòng)力電池發(fā)展分為三個(gè)階段：2020年，技術(shù)提升階段。新型鋰離子電池實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，能量型鋰離子電池單體比能量達(dá)到350Wh/kg，能量功率兼顧型動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到200Wh/kg。動(dòng)力電池實(shí)現(xiàn)智能化制造，產(chǎn)品性能、質(zhì)量大幅度提升，成本顯著降低，純電動(dòng)汽車的經(jīng)濟(jì)性與傳統(tǒng)汽油車基本相當(dāng)，插電式混合動(dòng)力汽車步入普及應(yīng)用階段。
2025年，產(chǎn)業(yè)發(fā)展階段。新型動(dòng)力電池技術(shù)取得顯著進(jìn)展。動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展與國(guó)際先進(jìn)水平接軌，形成2-3家具有較強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的大型動(dòng)力電池公司，國(guó)際市場(chǎng)占有率達(dá)到30%。固態(tài)電池、鋰硫電池、金屬空氣電池等新體系電池技術(shù)不斷取得突破，比能量達(dá)到400Wh/kg以上。2030年，產(chǎn)業(yè)成熟階段。新體系電池實(shí)現(xiàn)實(shí)用化，電池單體比能量達(dá)到500Wh/kg以上，成本進(jìn)一步下降；動(dòng)力電池技術(shù)及產(chǎn)業(yè)發(fā)展處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
技術(shù)路線圖——EV電池
技術(shù)路線圖——EV之新體系電池
固態(tài)電池：2020年，逐步實(shí)現(xiàn)固態(tài)電解質(zhì)、高比能正極材料合成及三維骨架結(jié)構(gòu)鋰合金構(gòu)建技術(shù)，實(shí)現(xiàn)300Wh/kg小容量單體電池樣本制造。2025年，固態(tài)電池界面調(diào)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)400Wh/kg大容量單體電池樣品及成組技術(shù)。2030年，固態(tài)電池推廣應(yīng)用。
鋰硫電池：2020年，實(shí)現(xiàn)鋰電池粉化抑制技術(shù)，碳硫電極微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控，單體電池制備技術(shù)。2025年，大容量動(dòng)力電池示范應(yīng)用。2030年，鋰硫電池推廣應(yīng)用。
金屬空氣電池：2020年-2030年，廉價(jià)氧催化材料技術(shù)開(kāi)發(fā)；水系金屬空氣電池技術(shù)開(kāi)發(fā)。在氧環(huán)境下研究有機(jī)鋰電池空氣電池，明確反應(yīng)機(jī)理；鋰電極界面保護(hù)技術(shù)開(kāi)發(fā)。2020年，廉價(jià)氧催化材料技術(shù)和水系金屬空氣電池技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)用化；同時(shí)，空氣環(huán)境研究鋰空氣電池、選擇性防水隔膜技術(shù)開(kāi)發(fā)、大容量單體電池制備工藝研究取得進(jìn)展。
技術(shù)路線圖——PHEV電池
技術(shù)路線圖——關(guān)鍵材料(正極)
高鎳材料：目前，國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)廠家初步具備高鎳材料生產(chǎn)能力，但產(chǎn)品性能和一致性仍需進(jìn)一步提高，關(guān)鍵設(shè)備的技術(shù)水平和可靠性與國(guó)外差距較大。要實(shí)現(xiàn)突破，就要研究包覆元素種類、包覆量對(duì)材料表面殘余堿含量及電化學(xué)性能的影響，確定有利于降低殘余堿含量，提高材料電化學(xué)性能的最佳包覆參數(shù)組合。提高關(guān)鍵設(shè)備如氧氣氣氛焙燒設(shè)備的技術(shù)水平和可靠性。預(yù)計(jì)2020年，比容量將突破225mAh/g。
高電壓材料：通過(guò)提高電池充電截止電壓是提高鋰離子能量密度最為直接有效的手段和方法，高電壓材料需要大幅度提升安全性能和循環(huán)穩(wěn)定性能。國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)線水平、品質(zhì)控制水平仍存在較大差距。實(shí)現(xiàn)突破可對(duì)原材料逐批進(jìn)行檢查，對(duì)全工藝流程的各項(xiàng)工藝參數(shù)進(jìn)行有針對(duì)性的管控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的智能化。
富鋰氧化物固溶液材料：目前，該材料的電壓衰減快、倍率性能差、循環(huán)穩(wěn)定性差等因素限制了其廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)層狀富鋰氧化物固溶體材料表面進(jìn)行多種金屬協(xié)同包覆，隔絕電解液對(duì)材料表面結(jié)構(gòu)的侵蝕；通過(guò)對(duì)材料進(jìn)行體相的高價(jià)金屬摻雜，提高材料首次充放電效率，減少副反應(yīng)的發(fā)生。
技術(shù)路線圖——關(guān)鍵材料(負(fù)極)
石墨材料：我國(guó)石墨類材料的性能/價(jià)格比方面已經(jīng)較日本的日立化成、三菱化學(xué)、日本碳素、JEF、昭和電工等具有優(yōu)勢(shì)，石墨負(fù)極的供應(yīng)主要是中國(guó)企業(yè)，日本企業(yè)在材料改性方法和品質(zhì)和控制方面各具特色。下一階段的目標(biāo)是進(jìn)一步提升逆容量和壓實(shí)密度，并降低成本。這需要表面包覆等技術(shù)提高材料加工性能和電化學(xué)性能，加強(qiáng)生產(chǎn)過(guò)程中材料的一致性和穩(wěn)定性控制能力。
無(wú)定型碳材料：從產(chǎn)品理化參數(shù)等指標(biāo)看，國(guó)內(nèi)企業(yè)和國(guó)外先進(jìn)企業(yè)相比，產(chǎn)品的性能相當(dāng)。材料的主要缺陷需要改進(jìn)，關(guān)鍵工藝技術(shù)如表面改性、材料結(jié)構(gòu)調(diào)整等需要攻克。下一階段，要通過(guò)包覆和摻雜等方面提高首次效率，并優(yōu)化生產(chǎn)工藝逐漸降低成本；軟碳發(fā)展趨勢(shì)主要采用摻雜、修飾等改性處理，提高其比容量和首次效率。
硅碳材料：目前，國(guó)內(nèi)外不少負(fù)極材料生產(chǎn)企業(yè)均已開(kāi)始布局硅碳負(fù)極的開(kāi)發(fā)與商業(yè)化，但大部分處于研究階段和小規(guī)模批量化生產(chǎn)階段。主要在于關(guān)鍵工藝技術(shù)如納米化技術(shù)、材料結(jié)構(gòu)構(gòu)筑等需要進(jìn)一步提高。下一階段目標(biāo)，在保持高比容量的前提下，進(jìn)一步提高其庫(kù)倫效率、循環(huán)性能，并逐步降低成本。
技術(shù)路線圖——關(guān)鍵材料(隔膜)
2020年，高品質(zhì)PE隔膜、PP隔膜的規(guī)模化生產(chǎn)，高品質(zhì)陶瓷圖層隔膜的規(guī)?；a(chǎn)及相關(guān)裝備的國(guó)產(chǎn)化，新型高安全性隔膜的示范生產(chǎn)。2025年，高安全性復(fù)合隔膜的規(guī)模化生產(chǎn)；鋰離子導(dǎo)電涂層復(fù)合隔膜的產(chǎn)業(yè)化，耐高壓隔膜的產(chǎn)業(yè)化。2030年，高安全性、耐高壓的高性能隔膜規(guī)模化生產(chǎn)；固體電解質(zhì)的產(chǎn)業(yè)化。
技術(shù)路線圖——關(guān)鍵材料(電解液)
技術(shù)路線圖——回收
2015-2020年，從人工拆解過(guò)渡到自動(dòng)化拆解，研發(fā)自動(dòng)化拆解設(shè)備，提高回收材料性能，鎳、鈷、錳材料回收率達(dá)到90%以上；開(kāi)發(fā)鋰回收產(chǎn)業(yè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)收益；研發(fā)石墨回收技術(shù)，突破資源再生。
2021年-2025年，自動(dòng)化拆解技術(shù)突破，向電池回收工業(yè)2.0的方向邁進(jìn)，實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化。拆解技術(shù)智能化，拆解過(guò)程物料分選率達(dá)到80%。研發(fā)改性動(dòng)力極正極材料，提高回收材料性能，鎳、鈷、錳材料回收率達(dá)到95%以上。改進(jìn)鋰回收技術(shù)，使鋰回收率達(dá)到90%以上，實(shí)現(xiàn)石墨回收全自動(dòng)產(chǎn)業(yè)化。
2026年-2030年，智能化拆解，實(shí)現(xiàn)低損耗、低投入、高效率，實(shí)現(xiàn)智能化操作，拆解過(guò)程物料分選率到95%。鎳、鈷、錳材料回收率達(dá)到99%以上。開(kāi)發(fā)正極和負(fù)極材料聯(lián)合回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電池-使用-回收再生-電池循環(huán)體系。打造智能化、高效率、低成本鋰回收生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)石墨回收利用率達(dá)95%以上。
技術(shù)路線圖——梯次利用
監(jiān)控技術(shù)：優(yōu)化完善動(dòng)力電池運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)省級(jí)區(qū)域在用車輛動(dòng)力電池的實(shí)時(shí)監(jiān)控。提升監(jiān)控系統(tǒng)準(zhǔn)確度和適用性，實(shí)現(xiàn)全國(guó)在用車輛動(dòng)力電池的實(shí)時(shí)監(jiān)控。建成完善、準(zhǔn)確的在用新能源汽車動(dòng)力電池監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控平臺(tái)完全整合。
評(píng)估技術(shù)：開(kāi)啟、完善動(dòng)力電池健康狀態(tài)分析工具和模型，快速、高效評(píng)估動(dòng)力電池狀態(tài)。
分選技術(shù)：開(kāi)發(fā)、完善動(dòng)力電池電芯分選技術(shù)，創(chuàng)建動(dòng)力電池分選方法，提高分選效率，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池?zé)o損、高效、自動(dòng)化分選。
成組集成技術(shù)：開(kāi)發(fā)動(dòng)力電池單體性能一致性修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)同一類別動(dòng)力電池模塊標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。構(gòu)建全自動(dòng)、高效的動(dòng)力電池成組集成技術(shù)，良品率高。實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池模塊全部標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，建立標(biāo)準(zhǔn)化梯級(jí)利用電源系統(tǒng)。
效益分析：創(chuàng)建再利用效益初步分析方法，構(gòu)建動(dòng)力電池梯級(jí)利用示范工程。完成再利用場(chǎng)景分析，構(gòu)建動(dòng)力電池梯級(jí)利用盈利模式。拓展新的再利用場(chǎng)景，提升梯級(jí)利用效率。
