中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：電動(dòng)化大趨勢(shì)愈演愈烈，我國(guó)通過(guò)政策的引導(dǎo)和扶持，已經(jīng)成為全球最大的新能源汽車市場(chǎng)。眾所周知，新能源汽車的重要瓶頸在于電池的續(xù)航里程。在此背景下，國(guó)家出臺(tái)了《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池發(fā)展行動(dòng)方案》、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》，鼓勵(lì)高能量密度電池的使用，近期《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2017年修行）》政策提出解除純電動(dòng)汽車合資企業(yè)限制以及取消汽車電子和動(dòng)力電池股比限制，這也是促進(jìn)新能源汽車市場(chǎng)推廣應(yīng)用高能量密度電池的重要舉措?；谡叩贡坪蛣?dòng)力電池技術(shù)本身的進(jìn)步，智電汽車通過(guò)三元鋰和固態(tài)鋰電池的產(chǎn)品技術(shù)對(duì)標(biāo)模型分析，對(duì)未來(lái)動(dòng)力電池發(fā)展格局進(jìn)行推演。
一、動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀分析
目前，國(guó)內(nèi)新能源汽車仍然在采用磷酸鐵鋰（BYD為主）和三元鋰電池，車型續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里，但是電池系統(tǒng)平均能量密度水平僅為115Wh/Kg。而2017年3月份，國(guó)家工信部等四部委聯(lián)合頒布《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池發(fā)展行動(dòng)方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動(dòng)力申池單體比能量超過(guò)300Wh/Kg；系統(tǒng)比能量力爭(zhēng)達(dá)到260Wh/Kg。
數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)動(dòng)力電池能量密度現(xiàn)狀與目標(biāo)值差距達(dá)126%，2020年達(dá)到目標(biāo)值對(duì)磷酸鐵鋰電池來(lái)說(shuō)太難了，但是對(duì)于以特斯拉為代表的三元鋰電池則是完全可能的，其采用的動(dòng)力電池性能好，BMS管理系統(tǒng)效率也高；此外，固態(tài)鋰電池也可以將電池系統(tǒng)能量密度提升至260Wh/Kg水平。
1、三元鋰和磷酸鐵鋰電池——當(dāng)前的中流砥柱
當(dāng)前，全球新能源車市場(chǎng)進(jìn)入蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，主流汽車企業(yè)紛紛布局新能源汽車，鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈因此快速成熟將進(jìn)一步推動(dòng)新能源汽車的規(guī)模化應(yīng)用。從全球角度看，典型車企配套車型主要采用日韓動(dòng)力電池，以三元鋰為主，續(xù)航里程基本都達(dá)到或超過(guò)350公里的水平。
表格1全球主流動(dòng)力電池配套情況
再看國(guó)內(nèi)，從2017年新能源汽車前6批推廣目錄來(lái)看，新車型搭載電池的能量密度也有不同程度地提升。第一批目錄中能量密度超過(guò)115Wh/Kg的車型僅占13.11%，到第五批目錄這一比例達(dá)到了73%，可以看出動(dòng)力電池能量密度的提升已是大勢(shì)所趨。主流電動(dòng)車企業(yè)配套的動(dòng)力電池也逐步向三元鋰轉(zhuǎn)型，續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里的水平。
表格2國(guó)內(nèi)主流動(dòng)力電池配套情況
綜合國(guó)內(nèi)外動(dòng)力電池企業(yè)搭載新能源汽車情況看，三元鋰電池成為主流技術(shù)路線的趨勢(shì)已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，但整車?yán)m(xù)航里程仍有提升的空間。這很可能是由于動(dòng)力電池能量密度不高、BMS效率提升空間仍有待開拓等多方面原因所致。
2、全固鋰態(tài)動(dòng)力電池——未來(lái)的發(fā)展方向
世界各國(guó)先后制訂的高能量密度鋰電池研發(fā)目標(biāo)，均在積極地布局鋰硫電池、鋰空氣電池或鋰金屬電池等前瞻性技術(shù)。
固態(tài)鋰電池在繼承傳統(tǒng)鋰電池優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，安全性、能量密度都有了大幅進(jìn)步。目前，全固態(tài)鋰電池研發(fā)可提供的能量密度基本可達(dá)300~400Wh/kg，有望成為下一代高能量密度動(dòng)力和儲(chǔ)能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，這已是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)。
圖1世界各國(guó)對(duì)動(dòng)力電池能量密度的階段目標(biāo)
圖2世界鋰電池技術(shù)路線走向
全球動(dòng)力電池關(guān)聯(lián)企業(yè)也加速布局全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域以搶占先機(jī)，目前各技術(shù)路徑的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不同，其中以聚合物固態(tài)電池發(fā)展較快，由于其高溫工作性能較好，已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證并有小部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)了小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
固態(tài)鋰電池（聚合物固態(tài)電池）研發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀
法國(guó)Bolloré：全固態(tài)二次電池（LMP），負(fù)極材料采用金屬鋰，電解質(zhì)采用聚合物（PEO 等）薄膜，目前已經(jīng)批量應(yīng)用在法國(guó)的 EV，共享服務(wù)汽車“Autolib”和小型電動(dòng)巴士“Bluelus，總體應(yīng)用超過(guò)3000 輛。
美國(guó)Seeo：全固體二次電池采用大創(chuàng)公司的干聚合物薄膜，提供的樣品電池組能量密度為 130-150Wh/kg，2017 年能量密度能達(dá)到300Wh/kg，尚未推廣應(yīng)用。
CATL：目前已經(jīng)設(shè)計(jì)制造出了容量為 325 mAh的聚合物電芯，表現(xiàn)出較好的高溫循環(huán)性能，尚未推廣應(yīng)用。
中科院青島能源所：開發(fā)的大容量固態(tài)聚合物鋰電池“青能 I 號(hào)”完成深?？瓶?，其能量密度超過(guò) 250 Wh/kg，500次循環(huán)容量保持 80％以上，在多次針刺和擠壓等苛刻測(cè)試條件下保持非常好的安全性能?！扒嗄?II號(hào)”也已經(jīng)研發(fā)成功，能量密度高達(dá) 300 Wh/kg，尚未推廣應(yīng)用。
此外，固態(tài)鋰電池中，硫化物固態(tài)電池（鋰硫電池）由于具有較高的能量密度和低廉的成本，有著巨大的開發(fā)潛力，豐田、三星、CATL、豐田等國(guó)內(nèi)外企業(yè)均紛紛加速布局，這其中以豐田技術(shù)最為領(lǐng)先。豐田在2010年就推出硫化物固態(tài)電池，2014年其實(shí)驗(yàn)原型能量密度達(dá)到400Wh/kg，截止到2017年初，豐田固態(tài)電池專利數(shù)量達(dá)到30件，遠(yuǎn)高于其它企業(yè)。據(jù)豐田高管透露，豐田或?qū)⒃?020年實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。國(guó)內(nèi)企業(yè)CATL在硫化物固態(tài)電池方面相對(duì)領(lǐng)先，正加速開發(fā)純電動(dòng)汽車用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池。
固態(tài)鋰電池（硫化物固態(tài)電池）研發(fā)現(xiàn)狀
豐田：2010年開始推出固態(tài)電池，2014年其實(shí)驗(yàn)原型能量密度達(dá)到400Wh/kg。
三星日本研究所：利用硫化物類固體電解質(zhì)試制出2000mAh、175Wh/kg的壓層型全固態(tài)二次電池。
Sakti3（美國(guó)）：2015年獲得英國(guó)家電巨頭戴森1500萬(wàn)美元的投資，其開發(fā)的固態(tài)電池以陶瓷等為電解質(zhì)，金屬鋰或鋰類合金為負(fù)極，能量密度達(dá)到1000Wh/L，目前仍處于研發(fā)階段。
清陶能源：公司核心在于高固含量的全陶瓷隔膜和無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)的開發(fā)和生產(chǎn)。目前團(tuán)隊(duì)已經(jīng)和北汽開展合作進(jìn)行中試，未來(lái)可能作為北汽電動(dòng)車的重要組件。
CATL：主要研發(fā)方向是硫化物電解質(zhì)，采用正極包覆方法，解決了界面反應(yīng)問題，熱壓方式降低了界面電阻。
三、兩種技術(shù)路線的對(duì)比及影響分析
1、三元鋰電池：技術(shù)成熟，當(dāng)前占據(jù)市場(chǎng)主流
從產(chǎn)品成熟度角度來(lái)看，美國(guó)特斯拉Model系列車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)突破，Model3即將
規(guī)?；N量，進(jìn)一步論證三元鋰動(dòng)力電池的可行性。Model3采用全新21700電池，相比18650電池在外觀上變長(zhǎng)變粗，能量密度也提高了20%，單體電池容量可達(dá)3~4.8Ah，大幅提升35%。毫無(wú)疑問，當(dāng)前三元鋰動(dòng)力電池已然為主流產(chǎn)品。
2、固態(tài)鋰電池：技術(shù)潛力大，有望成為未來(lái)的主流產(chǎn)品
從技術(shù)潛力角度來(lái)看，三元鋰動(dòng)力電池能量密度提升相對(duì)困難，全固態(tài)鋰電池能量密度提升，從理論上講更具可行性。一是全固態(tài)鋰電池電壓平臺(tái)提升，固態(tài)電解質(zhì)比有機(jī)電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口，有利于進(jìn)一步提升電池的能量密度；二是固態(tài)電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長(zhǎng)，材料應(yīng)用體系范圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。三是全固態(tài)鋰電池當(dāng)前能量密度約400Wh/Kg，預(yù)估最大潛力值達(dá)900Wh/Kg，有超過(guò)100%的提升空間。固態(tài)鋰電池必將是未來(lái)的主流產(chǎn)品。
表格5三元鋰電池與固態(tài)鋰電池技術(shù)性能對(duì)比
3、固態(tài)鋰電池：安全性高，可大幅降低車輛自燃率
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外多次出現(xiàn)新能源汽車自燃事故，新能源汽車的使用越來(lái)越關(guān)注。其主要原因在于動(dòng)力電池（三元鋰為主）的問題，三元鋰電池的電氣安全、功能安全、化學(xué)安全、機(jī)械安全方面控制仍不給力。一般而言，三元鋰電池液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中容易觸發(fā)“熱失控”，在充放電過(guò)程中鋰枝晶的生長(zhǎng)容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。但是全固態(tài)鋰電池則具有極高的安全性，其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無(wú)腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時(shí)也克服了鋰枝晶現(xiàn)象，搭載全固態(tài)鋰電池的汽車的自燃概率會(huì)大大降低。
綜合上述產(chǎn)品、技術(shù)、安全等方面的比較，全固態(tài)鋰電池在使用安全和技術(shù)潛力方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，但是三元鋰電在產(chǎn)品成熟度、市場(chǎng)滲透方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。綜合來(lái)看，當(dāng)前采用三元鋰電是純電動(dòng)汽車最為明智的選擇。但是，一旦全固態(tài)鋰電池解決金屬鋰穩(wěn)定性差等問題后，將爆發(fā)強(qiáng)大的產(chǎn)品替代力，或?qū)㈩嵏矂?dòng)力電池產(chǎn)業(yè)格局。
5、高能量動(dòng)力電池發(fā)展格局預(yù)判
前文提到，國(guó)家的政策導(dǎo)向已經(jīng)非常明確，大力支持高能量密度的新型鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展，并已經(jīng)有相應(yīng)的政策細(xì)則體現(xiàn)。主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是2017年6月份國(guó)家工信部發(fā)布的雙積分政策，通過(guò)高能量密度降低電池質(zhì)量而獲得低的百公里電能消耗量Y時(shí)，可以獲得1.2倍積分；二是去年年底補(bǔ)貼政策，強(qiáng)調(diào)了高能量密度（乘用車電池能量密度>120Wh/Kg）時(shí)，可獲得1.1~1.2倍補(bǔ)貼；三是從獲取補(bǔ)貼必須進(jìn)入的新能源汽車推廣目錄來(lái)看，乘用車三元鋰電車型占比持續(xù)提升，今年第6批車型份額占比超過(guò)70%，已然促進(jìn)了高能量密度電池的發(fā)展。
然而，雖然國(guó)內(nèi)新能源汽車推廣應(yīng)用方面取得了良好成績(jī)，但是面向私人消費(fèi)者的純電動(dòng)乘用車產(chǎn)品仍受制于“里程焦慮”的影響，尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。私人需求端市場(chǎng)的突破與滿足要求動(dòng)力電池的能量密度有進(jìn)一步提升，就目前情況而言，僅三元鋰動(dòng)力電池和固態(tài)鋰動(dòng)力電池可能達(dá)成2020年目標(biāo)。這將引發(fā)國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池技術(shù)新格局。
第一類，技術(shù)領(lǐng)先型，以CATL為代表。CATL企業(yè)本身已經(jīng)具備了三元鋰電技術(shù)沉淀，其產(chǎn)品將采用硅碳材料作為負(fù)極，“十三五”期間有望實(shí)現(xiàn)350Wh/kg目標(biāo)；同時(shí)CATL在固態(tài)鋰電池（鋰硫電池、聚合物電芯）均取得了突破，如CATL設(shè)計(jì)制造的容量為325mAh的聚合物電芯高溫循環(huán)性能表現(xiàn)良好。技術(shù)的領(lǐng)先和提前布局，能夠保證企業(yè)在新技術(shù)的應(yīng)用推廣時(shí)占據(jù)制高點(diǎn)。
第二類，技術(shù)跟隨型，以國(guó)軒高科、力神等為代表。國(guó)軒高科、力神等企業(yè)具備較強(qiáng)的市場(chǎng)基礎(chǔ)，都在加速研發(fā)具有高電池能量密度的三元鋰電技術(shù)。如科技部官網(wǎng)關(guān)于國(guó)軒高科三元鋰電技術(shù)的突破情況，稱其以“高鎳正極+硅基負(fù)極”為電池材料，實(shí)驗(yàn)室電池能量密度水平達(dá)281Wh/kg。但是這類企業(yè)很少或者基本上沒有涉及到固態(tài)鋰電池技術(shù)儲(chǔ)備，該類企業(yè)或?qū)⒓涌焱侨毡狙芯克?、Sakti3（美國(guó)）、清陶能源等具有全固態(tài)鋰電池技術(shù)的企業(yè)合資合作。
第三類，技術(shù)轉(zhuǎn)型類，以比亞迪、萬(wàn)向等為拜拜。比亞迪、萬(wàn)向等企業(yè)，其核心產(chǎn)品磷酸鐵鋰電池能量密度上升空間有限，逐步降低磷酸鐵鋰電池的影響，加速轉(zhuǎn)型三元鋰電池技術(shù)路線。其中，萬(wàn)向旗下A123Systems磷酸鐵鋰產(chǎn)品能量密度止步于140Wh/kg左右；比亞迪計(jì)劃在2018年三元鋰電池能量密度達(dá)到240Wh/kg左右，2020年達(dá)到300Wh/kg左右。該類企業(yè)具有較強(qiáng)的技術(shù)積累和研發(fā)支撐，且有較強(qiáng)的技術(shù)嗅覺，或?qū)⒓訌?qiáng)同中科院青島能源所、國(guó)能電池研究院等科研院所的合作，加快全固態(tài)動(dòng)力電池的研發(fā)。
總而言之，磷酸鐵鋰技術(shù)路線正在被替代，三元鋰電池技術(shù)路線已經(jīng)成為主流，未來(lái)全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術(shù)路線將逐步替代三元鋰。
四、發(fā)展建議
未來(lái)，新能源汽車的健康與規(guī)?；茝V應(yīng)用很大程度上取決于高安全、高續(xù)航里程的動(dòng)力電池的支撐力度。當(dāng)前，新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步受國(guó)家政策、外部競(jìng)爭(zhēng)的雙重壓力驅(qū)動(dòng)，這就要求現(xiàn)有三元鋰動(dòng)力電池技術(shù)持續(xù)提升，同時(shí)也需要新的鋰離子電池的技術(shù)攻關(guān)和突破，以實(shí)現(xiàn)顛覆性的革新。對(duì)動(dòng)力電池企業(yè)說(shuō)，現(xiàn)在是最好的時(shí)期，也是最壞的時(shí)期。智電汽車認(rèn)為，電池能量密度的“攻堅(jiān)戰(zhàn)”已經(jīng)打響，動(dòng)力電池行業(yè)格局將洗牌。未來(lái)企業(yè)要進(jìn)入競(jìng)爭(zhēng)力梯隊(duì)，需要重點(diǎn)做好兩點(diǎn)：一是要轉(zhuǎn)變思維方式和“居安思危”，由粗放規(guī)模化發(fā)展向“技術(shù)和規(guī)?；辈⒅氐陌l(fā)展模式轉(zhuǎn)型，加速全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術(shù)儲(chǔ)備；二是要注重產(chǎn)品的安全性，既要加強(qiáng)與整車企業(yè)的合作，同時(shí)要規(guī)避“高田氣囊”事件在動(dòng)力電池行業(yè)上演。
