中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在日前發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》）中，新能源汽車無疑是其中的重要組成部分，尤其在技術(shù)領(lǐng)域，動(dòng)力電池的比能量是重點(diǎn)突破方向。根據(jù)《規(guī)劃》要求，到2020年，動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到300Wh/kg以上，力爭實(shí)現(xiàn)350Wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到260Wh/kg、成本降至1元/瓦時(shí)以下；到2025年，動(dòng)力電池系統(tǒng)比能量達(dá)到350Wh/kg。
不過，從現(xiàn)在電池技術(shù)發(fā)展水平來看，達(dá)到上述目標(biāo)是否有難度？又有哪些挑戰(zhàn)？記者就此問題采訪了相關(guān)電池企業(yè)和業(yè)內(nèi)專家。
■材料層面諸多難點(diǎn)待解
現(xiàn)在“300Wh/kg”是出現(xiàn)在動(dòng)力電池企業(yè)研發(fā)部門的高頻詞匯，但從目前實(shí)際情況來看，距這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)還有不小的差距。在技術(shù)層面，包括正極材料、負(fù)極材料甚至電解液仍有很多問題需要解決。
對(duì)于負(fù)極材料，力神電池研究院院長周江告訴記者，石墨作為較為成熟的負(fù)極材料，其能量密度已經(jīng)被充分發(fā)揮，業(yè)界普遍認(rèn)為硅碳負(fù)極是接替石墨的最佳負(fù)極材料，但同時(shí)硅材料的問題也不少。首先，硅材料存在很嚴(yán)重的體積膨脹問題。在充放電過程中，硅的體積會(huì)膨脹100％～300％，不斷的收縮、膨脹會(huì)造成硅碳負(fù)極材料的粉末化，嚴(yán)重影響電池壽命；其次，硅的不斷膨脹，在電池內(nèi)部產(chǎn)生很大的應(yīng)力，這種應(yīng)力對(duì)極片造成擠壓，循環(huán)多次后可能出現(xiàn)極片斷裂的情況；再次，由于電池內(nèi)部應(yīng)力的原因，很有可能造成電池內(nèi)部孔隙率的降低，減少鋰離子移動(dòng)通道，造成鋰金屬的析出，影響電池安全性。
在正極材料方面，備受青睞的高鎳三元材料同樣也有不少問題需要克服。高鎳材料PH值較高，容易吸水，這就對(duì)電池廠商在工藝方面提出了更高的要求：需要將高鎳材料水份控制在10％以內(nèi)，關(guān)鍵部分需要控制在1％以內(nèi)。同時(shí)，該正極由于含鎳比較高，其氧化活性較強(qiáng)，容易與電解液發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致電池衰減較快。例如，夏季動(dòng)力電池長期處在高溫、高水份的環(huán)境中，電池的衰減就會(huì)很快。另外，高鎳材料的電池安全性相比磷酸鐵鋰等電池安全性有所下降，因此，要在電池設(shè)計(jì)層面進(jìn)行改善。
除了材料層面的問題，目前國內(nèi)動(dòng)力電池一致性相對(duì)也較差。有業(yè)內(nèi)人士告訴記者，由于動(dòng)力電池的制造工藝較為復(fù)雜，工序繁多，動(dòng)力電池制造廠很難把控每道工序的各個(gè)細(xì)節(jié)，以達(dá)到較高的一致性。以正負(fù)極漿料制備環(huán)節(jié)為例，物料配比和固液比不精確、原材料一致性差，導(dǎo)致活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑不能按正確比例充分混合并均勻分散；不同環(huán)境以及不同的攪拌工藝、攪拌速度、攪拌溫度、攪拌時(shí)間等都會(huì)影響漿料的分散性。而且，從目前的工藝水平來看，即便嚴(yán)格控制這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)，流體力學(xué)的性質(zhì)也很難保持一致。
■現(xiàn)實(shí)距目標(biāo)差距明顯
由于技術(shù)層面上的種種困難，現(xiàn)在國內(nèi)動(dòng)力電池比能量相比《規(guī)劃》目標(biāo)而言差距明顯。
記者了解到，目前國內(nèi)動(dòng)力電池單體比能量普遍在220Wh/kg左右。例如，河南鋰動(dòng)電源有限公司生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電芯能量密度為160Wh/kg，復(fù)合鋰電芯能量密度為220Wh/kg，商用車PACK集成系統(tǒng)能量密度為125Wh/kg；中航鋰電所生產(chǎn)的電池能量密度方面，方型三元材料電池約為170Wh/kg，軟包三元材料電池達(dá)200Wh/kg；多氟多（焦作）新能源科技有限公司下半年量產(chǎn)的乘用車動(dòng)力電池系統(tǒng)能量密度可達(dá)130Wh/kg以上。
有業(yè)內(nèi)專家表示，目前電池能量密度與《規(guī)劃》目標(biāo)差距較大，在未來不足3～4年的時(shí)間內(nèi)，將單體比能量再提升近四成，壓力非常大。
舉例來說，按照周江的說法，硅碳負(fù)極材料能夠顯著提升電池的能量密度，是未來發(fā)展的主流方向。事實(shí)上，國外部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了硅碳負(fù)極材料的量產(chǎn)，例如，特斯拉將硅碳負(fù)極成功應(yīng)用于即將量產(chǎn)的Model 3上，實(shí)現(xiàn)超300Wh/kg的比能量。而國內(nèi)企業(yè)在硅碳負(fù)極產(chǎn)業(yè)化方面動(dòng)作較慢，除貝特瑞的硅碳復(fù)合負(fù)極材料已有國外批量訂單外，寧德時(shí)代、比亞迪、國軒高科、力神、比克、杉杉股份、星城石墨等企業(yè)硅碳負(fù)極的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用都還在研發(fā)推進(jìn)中。
周江告訴記者，電池企業(yè)在解決諸多問題方面已經(jīng)有了方向，但還不具備300Wh/kg電池的量產(chǎn)能力。在他看來，電池的性能優(yōu)化是一個(gè)系統(tǒng)問題，需要正極材料企業(yè)、負(fù)極材料企業(yè)及電解液供應(yīng)商等的共同努力。
■科學(xué)合理實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是關(guān)鍵
問題多，挑戰(zhàn)大，是不是意味著《規(guī)劃》目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)？在中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所主任肖成偉看來，單純實(shí)現(xiàn)“2020年，電池單體比能量達(dá)300Wh/kg”的目標(biāo)并不難，但是要想在確保電池安全性的同時(shí)提高比能量，確實(shí)存在一定難度。對(duì)于《規(guī)劃》中電池技術(shù)的升級(jí)目標(biāo)如何更科學(xué)、合理地實(shí)現(xiàn)，業(yè)內(nèi)專家和相關(guān)企業(yè)給出了自己的建議。
首先，不能犧牲動(dòng)力電池的安全性。從技術(shù)的角度來看，動(dòng)力電池比能量和其安全性成反比，所以，保證電池安全性是首要原則，不能盲目追求高比能量，避免因?yàn)樽非蟾弑饶芰慷霈F(xiàn)安全事故。
其次，提高生產(chǎn)線自動(dòng)化水平。人為干預(yù)得越少，人為造成失誤的影響就越小，電池產(chǎn)品的一致性也就越高。
第三，跨產(chǎn)業(yè)協(xié)作。正負(fù)極材料生產(chǎn)商、電解液生產(chǎn)商，以及電芯企業(yè)、BMS研發(fā)企業(yè)、電池包系統(tǒng)PACK企業(yè)、裝備企業(yè)、檢測中心和整車企業(yè)等需要協(xié)同合作，一起攻堅(jiān)克難。
第四，對(duì)于不能國產(chǎn)的關(guān)鍵原材料，建議國家層面要有戰(zhàn)略布局。周江告訴記者，相對(duì)于技術(shù)層面的難題，成本降低的目標(biāo)更難達(dá)到?！霸陔姵爻杀局校牧系某杀菊嫉?0％左右，通過規(guī)?；a(chǎn)能夠降低的僅為制造成本和人工成本，如果原材料價(jià)格大幅上漲，很容易抵消掉這部分降低的成本。”
