中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：動(dòng)力電池技術(shù)的提升，很大程度上決定著我國(guó)新能源汽車產(chǎn)業(yè)是否能真正從示范到落地。而技術(shù)的提高許多是來自材料的開發(fā)與改進(jìn)，研發(fā)新的材料體系成為動(dòng)力電池提升發(fā)展的關(guān)鍵。厘清國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池材料行業(yè)呈現(xiàn)出的明顯特征，針對(duì)性地進(jìn)行研發(fā)投入及改進(jìn)，將有助于提升本土動(dòng)力電池企業(yè)制造水平。
目前，動(dòng)力電池正處于變革和技術(shù)升級(jí)的過程中。國(guó)家工業(yè)與信息化部部長(zhǎng)苗圩在“國(guó)家動(dòng)力電池創(chuàng)新中心”成立大會(huì)上指出，“通過協(xié)同技術(shù)、裝備、人才、資金等資源，打通技術(shù)研發(fā)供給、轉(zhuǎn)移擴(kuò)散和首次商業(yè)化的鏈條，為實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池技術(shù)突破，支撐新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供戰(zhàn)略支撐。一語道破動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心所在?！?
新材料驅(qū)動(dòng)動(dòng)力電池技術(shù)革新
鋰電池的基本組成包括外殼、正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液等。其中正極材料對(duì)于鋰電池的能量密度、安全性、循環(huán)壽命等起著決定性作用。動(dòng)力電池的性能優(yōu)化往往依托于正極材料的技術(shù)突破。
業(yè)內(nèi)專家表示，動(dòng)力電池正極材料將沿著高電壓、高安全性和低成本的方向發(fā)展。磷酸鐵鋰、錳酸鋰、磷酸鐵錳鋰、NCM三元材料、NCA三元材料、鎳錳酸鋰等正極材料將進(jìn)一步發(fā)展成熟，其安全性和成本將進(jìn)一步完善。
在負(fù)極材料領(lǐng)域，諸如石墨烯、碳化硅等新型負(fù)極材料將逐步成熟，且具備快充快放的鈦酸鋰負(fù)極材料的應(yīng)用將更加廣泛，預(yù)計(jì)到“十三五”末期，我國(guó)負(fù)極材料的出貨量將超過15萬噸，成為全球最大的負(fù)極材料生產(chǎn)國(guó)。
近年來，石墨烯等新型負(fù)極材料的研發(fā)與應(yīng)用受到業(yè)界關(guān)注。研究表明，將石墨烯應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料中，可以大幅度提高負(fù)極材料的電容量和大倍率充放電性能。不少企業(yè)、高校和研究機(jī)構(gòu)正在積極開展石墨烯材料的研究工作，石墨烯負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程也在積極推進(jìn)之中。
比亞迪在新電池技術(shù)、新材料研發(fā)上走在前列。關(guān)于新電池材料技術(shù)路線，比亞迪目前是磷酸鐵鋰方向，但未來也將研發(fā)探索其它新技術(shù)。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池主要為磷酸鐵鋰電池或三元電池，而三元電池的續(xù)航里程和儲(chǔ)能強(qiáng)于傳統(tǒng)鋰電池，多家國(guó)內(nèi)主流汽車廠商表示已生產(chǎn)和使用三元電池。
國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池材料發(fā)展態(tài)勢(shì)向好
動(dòng)力電池材料對(duì)于提升電池能量密度起到至關(guān)重要的作用。數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前動(dòng)力電池用四大關(guān)鍵材料的國(guó)產(chǎn)化率均超過80%，其中負(fù)極、電解液的國(guó)產(chǎn)化率更是高達(dá)98%，正極材料的國(guó)產(chǎn)化率超過95%，電池隔膜國(guó)產(chǎn)化率超過80%。主要是因?yàn)閲?guó)內(nèi)動(dòng)力電池體系開發(fā)較早，且綜合性能要求相對(duì)較低，國(guó)產(chǎn)材料水平近幾年穩(wěn)步提升，在一致性、批次穩(wěn)定性方面進(jìn)步較快，能滿足國(guó)內(nèi)電池企業(yè)需求。
2015年下半年至今，國(guó)內(nèi)鋰電中上游多種材料處于價(jià)格大幅增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，比如碳酸鋰、六氟磷酸鋰、銅箔、磷酸鐵鋰、濕法隔膜等。而伴隨材料價(jià)格的大幅增長(zhǎng)，材料毛利率也大幅回升，進(jìn)而吸引多家企業(yè)積極擴(kuò)產(chǎn)及新進(jìn)入者。今年1-9月，國(guó)內(nèi)四大材料的投資額超過350億元，其中正極材料、隔膜成投資熱點(diǎn)。
業(yè)內(nèi)專家分析，我國(guó)已經(jīng)成為全球最大的動(dòng)力電池生產(chǎn)與需求大國(guó)，但國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池技術(shù)和質(zhì)量與日韓相比仍存在差距，主要體現(xiàn)在能量密度、產(chǎn)品一致性、產(chǎn)品穩(wěn)定性、故障率等方面。
北汽新能源工程研究院常務(wù)副院長(zhǎng)李玉軍表示，隨著新型材料的開發(fā)，動(dòng)力電池體系將按照三個(gè)階段發(fā)展，2020年以前，將以三元/石墨體系為主；2020至2030年，以富鋰層狀氧化物/硅基為主；2030年以后以鋰/空氣電池為主。
對(duì)于動(dòng)力電池材料發(fā)展，業(yè)內(nèi)專家提出，要提升電池材料性能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。例如發(fā)展高能量密度電極材料(富鎳、富錳三元正極材料；硅基、金屬鋰負(fù)極材料等)；高安全電池材料(阻燃型電解液、陶瓷隔膜等)；新型電池體系材料(鋰硫電池、鋰空氣電池材料等)。
此外，還要通過政策優(yōu)惠等措施吸引上游電池材料生產(chǎn)，中游電芯、電池組和電池系統(tǒng)生產(chǎn)，下游電動(dòng)汽車等應(yīng)用企業(yè)積聚，形成有特色、有競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)集群。
美日韓動(dòng)力電池技術(shù)更新速率提升
近期，特斯拉100kWh車型通過歐盟認(rèn)證機(jī)構(gòu)RDW的評(píng)估。這意味著Model S/X 100D車型即將問世，其續(xù)航里程理論值將達(dá)到613km(基于NEDC標(biāo)準(zhǔn))。
埃隆·馬斯克曾指出，特斯拉的續(xù)航要以每年5%的速度增加。試想在100kWh的電池組中，不改動(dòng)電池組結(jié)構(gòu)的情況下，單個(gè)電芯的容量要提升至3.9Ah，才有可能實(shí)現(xiàn)100kWh的容量。業(yè)界猜想特斯拉已經(jīng)與松下研發(fā)出了3.9Ah的18650電芯，而這歸功于陽極中的材料——硅。
在技術(shù)研發(fā)方面，韓國(guó)蔚山科學(xué)技術(shù)院近期開發(fā)出二次電池的陰極材料，可將現(xiàn)有電池容量提高45%，即電動(dòng)汽車的續(xù)航里程在目前200多公里的基礎(chǔ)上至少增加100公里。該研究組通過開發(fā)替代現(xiàn)有電池使用石墨電極的“石墨—硅復(fù)合材料”，成功增加了電池容量。業(yè)界預(yù)計(jì)，這類新電池的批量生產(chǎn)較容易，未來將具有較強(qiáng)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
日本已研發(fā)出不需要稀有金屬鈷的鋰電池新材料，并試制出了新型鋰電池。以松下電器京都大學(xué)教授吉田潤(rùn)一為首的研究團(tuán)隊(duì)，利用鋰和碳開發(fā)出了有機(jī)新材料，并成功試生產(chǎn)出非鈷電極材料的新型鋰電池。鋰電池有望擺脫對(duì)鈷的依賴，大大降低生產(chǎn)成本。
這種新型材料生產(chǎn)的鋰電池的另一優(yōu)勢(shì)是電池壽命更長(zhǎng)、衰減率更低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該新型材料生產(chǎn)的鋰電池充放電100次，但電池容量的衰減不超過20%。松下電器計(jì)劃改良這種新材料，希望將電池充放電次數(shù)提高到500次至1000次，然后進(jìn)行商品化生產(chǎn)。
動(dòng)力電池整體技術(shù)創(chuàng)新任重而道遠(yuǎn)
動(dòng)力電池技術(shù)是伴隨著爭(zhēng)辯發(fā)展起來的。對(duì)此，標(biāo)準(zhǔn)的起草者、制定者和參與其中的電池企業(yè)，都深有感觸。
首先是材料體系之爭(zhēng)，尤其是三元和磷酸鐵鋰。沒有不好的材料，不好是因?yàn)闆]找到它最佳的生存空間。實(shí)際數(shù)據(jù)表明，磷酸鐵鋰適合在大巴上應(yīng)用，三元材料在乘用車上優(yōu)勢(shì)明顯。
關(guān)于尺寸之爭(zhēng)。國(guó)內(nèi)雖然有推薦標(biāo)準(zhǔn)QCT840-2010，但由于代表性不足，抑或考慮尚需完善等問題，采用率低；歐洲有VDADIN-91252，德系車企均要求按此標(biāo)準(zhǔn)提供電池，國(guó)內(nèi)很多電池廠也按照該標(biāo)準(zhǔn)的尺寸開發(fā)電池。
再次是容量之爭(zhēng)。動(dòng)力電池發(fā)展伊始，在容量方面似乎是做得越大越有水平，但從目前的工藝控制和技術(shù)水平來說，缺乏科學(xué)依據(jù)，對(duì)于容量的合理閾值，應(yīng)該是基于材料體系、尺寸設(shè)計(jì)和工藝水平綜合平衡下的值。
還有形狀之爭(zhēng)。卷繞小電芯已作為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品在大批量應(yīng)用，具有自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備成熟、工藝穩(wěn)定、一致性好等特點(diǎn)；硬殼方形具有外形尺寸精度高，耐壓程度強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；軟包裝電池具有安全防控性好，柔性化設(shè)計(jì)程度高等優(yōu)點(diǎn)。究竟采用哪種形狀電池，需要從電池角度、模塊設(shè)計(jì)和成組技術(shù)方面予以綜合考慮。
雖然有多重爭(zhēng)論和聲音，但整個(gè)行業(yè)并沒有停止對(duì)新材料和新技術(shù)的探索，可以肯定的是，高能量密度和更安全的性能永遠(yuǎn)是企業(yè)試圖平衡的兩大課題，而高能量密度是我國(guó)“十三五”規(guī)劃動(dòng)力電池的核心技術(shù)指標(biāo)之一。
從新能源客車暫停三元鋰電池應(yīng)用，到動(dòng)力電池目錄的發(fā)布，包括禁止動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)合資等，政府正積極為動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展留出時(shí)間和空間。企業(yè)應(yīng)該利用這個(gè)時(shí)機(jī)，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池技術(shù)的大發(fā)展。國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池行業(yè)更應(yīng)該將目光從價(jià)格戰(zhàn)和政策補(bǔ)貼上移開，轉(zhuǎn)向走切實(shí)提高動(dòng)力電池性能的“技術(shù)路線”。
