梳理进化历史展望新十年动力电池新技术革命潜伏黑暗

2022-10-06 12:21:51 来源：我爱电车网编辑：葛良宵人气：

“从锰酸锂到磷酸亚铁锂和三元锂，动力电池行业从未停止技术创新的步伐。如今动力电池的技术创新也在开启新的篇章，未来10年将是固态电池破壁的10年。”对于中国动力电池行业来说，已经走到尽头的2020年可能是一个节点。10

“从锰酸锂到磷酸亚铁锂和三元锂，动力电池行业从未停止技术创新的步伐。如今动力电池的技术创新也在开启新的篇章，未来10年将是固态电池破壁的10年。”

对于中国动力电池行业来说，已经走到尽头的2020年可能是一个节点。10年来，我国新能源汽车产业取得了长足的进步，完成了从政策驱动到市场驱动的转变，背后是对整车核心部件3354动力电池性能的不断向上寻找。

“一代正极材料，一代动力电池”，从锰酸锂到磷酸亚铁锂、三元锂，动力电池行业从未停止技术创新的步伐。随着新能源汽车产业进入新的发展阶段，动力电池的技术创新也在开启新的篇章。下一代动力电池正在寻求基础材料的突破。毫无疑问，未来10年将是动力电池发生根本性技术变革的10年。

锂电池是电动化中坚力量

石墨作为负极，过渡金属氧化物作为正极，正负电极之间的液体电解质构成锂离子电池。“过去，锂离子电池支撑着新能源汽车的发展。”中国科学院物理研究所研究员黄在中国电动汽车百人会(2021)论坛上如是说。新能源产业发展至今，几代锂离子电池已经成为中坚力量。

锰酸锂作为“古老”的第一代正极材料，已经逐渐退出汽车的历史舞台。黄介绍，从锰酸锂被首次报道至今，已经过去了30多年。得益于锰酸锂的低成本、高安全性和环境适应性，搭载锰酸锂的日产聆风全球累计销量已超过50万辆。但由于第一代动力电池比能量低，逐渐被磷酸亚铁锂和三元锂电池取代。现在，第一代动力电池依然在电动两轮车、电动三轮车上释放着活力。

在黄看来，磷酸铁锂电池为中国新能源汽车产业的发展做出了重要贡献，也将为储能产业的发展做出重要贡献。磷酸铁锂电池虽然在长寿命、高安全性方面有明显优势，但也存在电压低、材料密度低、比能量低的缺点。但近年来，磷酸铁锂电池的能量密度有了很大的提高。通过优化电池和电池组及PACK设计，比亚迪搭载磷酸铁锂电池的电动车续驶里程可达600公里。今年年初，郭萱高科发布了磷酸铁锂电池芯片，比能量210Wh/kg，2022年目标230Wh/kg。记者了解到，2020年我国动力电池和磷酸铁锂电池累计装机容量分别为63.6GWh和24.4GWh，占总装机容量的38.3%。

目前三元锂电池占据了动力电池的主流技术路线。三元锂电池因比能量高而受到高端乘用车的青睐。目前头部企业已经在生产销售300Wh/kg三元锂电池，车辆续驶里程可达700公里以上。但是三元锂电池的安全问题也使其发展遇到了一定的瓶颈。而材料和结构的创新也从未停止。

随着新能源汽车产业的发展，动力电池的材料和结构创新也在不断推进。为了在能量密度、安全性、寿命和快充方面找到平衡，业界一直在创新第三代液态锂离子电池的材料和结构。中科院院士高指出，动力电池系统的结构创新，辅以单体材料的改进，已成为中国动力电池技术客栈的鲜明特色

材料得到改变后，最直观的好处就是可将电压从平均3.4V提升到平均3.7V。据悉，目前磷酸铁锂动力电池的性价比最优，单体电池成本已下降至低于0.5元/Wh。在规模扩大之后，磷酸铁锂电池的成本还能够进一步降低。

记者还了解到，在三元锂电池能量密度不断提升的同时，要从现有的重量比能量（Wh/kg），进一步考量体积比能量（Wh/L），以满足在有限空间内布置电池的实际需求。“电动汽车发展到今天，对于乘用车和商用车来讲，更重要的不是减重，而是缩小电池体积。”黄学杰表示，行业更应关注动力电池的体积能量密度，而非比能量密度。

随着材料的改变，动力电池行业也逐渐出现了很多“热词”。针对“无钴”的争议，黄学杰指出，无钴正极有两层意思，一是指磷酸铁锂、镍锰酸锂这类完全无钴的材料，一是说钴含量低于1％。此前，广汽集团也发布公告解释了新亮相的两项动力电池技术。石墨烯基超级快充电池与长续航硅负极电池是两种不同的技术，分别解决“充电速度慢”、“续驶里程短”这两个动力电池应用中的不同“痛点”。其中，石墨烯基超级快充电池已按计划进入实车测试阶段，预计年内首次配装现有AION V车型；硅负极电池也已按计划进入实车测试阶段，预计年内首次配装现有AION LX车型。

如今，第三代传统液态锂电池也已在动力电池市场应用整整10年，但其热失控、低温衰减等问题却始终未被完全解决，安全与能量密度相互矛盾。2020年，为推动新能源汽车快速发展，CTP技术、刀片电池、果冻电池等最新技术陆续发布，动力电池已然进入新的技术变革周期。

将迎固态电池破壁的10年

新一代电池的研究方向，正在从最根本的材料方面做出突破，逐渐过渡到全固态电池。中国工程院院士陈立泉表示，固态锂电池的负极材料可以是纳米硅和石墨的复合负极，正极可以是高电压锰酸锂、也可以是富锂锰基材料或不含锂的正极材料，电解质是固体电解质，比能量可以达到300～450Wh/kg。

据介绍，固态电池带来的革命，将不仅是电解质材料的升级，还涉及动力电池的材料、制造方法及系统结构。电解质材料从有机可燃的液态（电解液）到无机不可燃的固态，不仅适用于锂离子电池，同样还能在钠离子电池、锂空气电池（以空气中的氧气作为正极反应物，结构类似于干电池）等产品中应用。

最近，蔚来汽车发布了150Wh的固态电池，在行业内引起了轩然大波。记者了解到，国内关于固态电池的研究一直在进行中。陈立泉提到，中科院物理研究所自1976年起就开始研究固体电解质材料，并在2016年成立了卫蓝新能源公司，2018年比能量达到300Wh/kg的固态电池进行了样车试验，现在固态电池产品已供给无人机使用。

其实，关于固态电池核心材料，现在预锂化需要的锂箔和涂固体电解质粉料的隔膜都已实现产业化。日前，宁德时代公开了“一种固态电解质的制备方法”、“一种硫化物固态电解质片及其制备方法”两种固态电池相关专利。比亚迪也公布了“一种正极材料及其制备方法、一种固态锂电池”、“一种锂离子电池固态电解质及其制备方法和固态锂离子电池”两项专利。一场关于固态电池的技术和产业化竞争已拉开帷幕。

在陈立泉看来，再下一代动力电池就是远期的锂硫电池或锂空气电池。黄学杰认为，液态的锂硫电池有最高的比能量，未来10年预计也会走向固态化。“未来10年将是固态电池破壁的10年。”黄学杰表示，“到2030年，电动汽车在经济性上可以战胜燃油车，比能量500Wh/kg以上的固态电池将走向适用。”

来源：中国汽车报网/文：赵琼