鉅大LARGE | 點擊量：1000次 | 2021年05月13日
韓國動力鋰電池技術發展相關經驗
文/郭苑方凱正王培朱成孫興起，我國汽車技術研究中心有限公司LG化學（我國）投資有限公司，《電源技術》
韓國的新能源汽車和動力鋰離子電池產業起步早?規模集中，并且政府重視核心零部件體系開發，從2014年開始推行以發展電動汽車（EV?PHEV）?混合動力汽車（HEV）以及氫能汽車（FCV）為核心的綠色環保汽車計劃。截止2018年，共計生產環保汽車接近29萬臺。政府提出到2020年綠色環保汽車（xEV）保有量實現100萬輛的目標，到2030年，所售1/3新車將是電動汽車或者氫燃料動力鋰電池汽車，并占據全球新能源汽車市場10%的份額。
本文通過分析韓國動力鋰離子電池產業的技術發展情況以及龍頭公司的發展特點，研究韓國動力鋰離子電池產業基于技術優勢的“走出去”發展戰略，為我國動力鋰離子電池產業技術提升及國際競爭力加強供應啟示和參考。
1韓國動力鋰離子電池技術路線圖和全固態電池研究計劃
1.1動力鋰離子電池技術路線圖
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
2018年韓國電池產業協會制定了動力鋰離子電池路線圖以及四大關鍵材料路線圖，分別從2018年?2020年?2023年和2025年4個階段設定了電池單體?正負極材料?電解液及隔膜等相關技術目標，引導動力鋰離子電池產業的發展。表1為韓國動力鋰離子電池路線圖。
正極材料路線圖提出要開發能量密度高?穩定性能好的正極材料，到2025年正極材料的比容量將達到220mAh/g。表2為韓國動力鋰離子電池正極材料路線圖。
負極材料路線圖提出要開發硅碳負極材料以及金屬系負極材料，改善循環壽命，到2025年負極的體積比容量將達到740mAh/cm3。表3為韓國動力鋰離子電池負極材料路線圖。
電解液路線圖提出要開發高電壓?穩定性好的電解液材料，在氧化電壓?電導率方面設定目標，到2025年電解液的氧化電壓將達到4.8V。電導率δ（S/m），與電阻率ρ（Ω·m）呈倒數關系。表4為韓國動力鋰離子電池電解液材料路線圖。
隔膜材料路線圖在隔膜的厚度和熱收縮率方面提出要求，到2025年隔膜的厚度將降低至14pm，熱收縮率降至5%。表5為韓國動力鋰離子電池隔膜材料路線圖。
1.2全固態電池研究計劃
韓國計劃在2025年實現全固態電池商業化的目標。目前，全固態電池技術開發重要聚焦在全固態電解液的支撐體系，包括高離子電導性全固態電解液開發?電極界面接合技術，提高聚合物系?復合系?氧化物系固態電解液的穩定性技術，正負極與電解液界面電阻最小化的復合電極技術?10(-4)S/cm以上離子電導率的固態電解液技術等。
而全固態電池用正負極技術開發支撐體系則包括高電壓/高容量正極及高容量負極技術，1000mAh/g以上高容量正極材料或者高電壓（5V）正極材料技術，鋰金屬及合金系負極材料技術等。通過開發高容量的正負極電極，可以將電池的比能量提高到330Wh/kg（900Wh/L）以上。
2韓國動力鋰離子電池技術標準
不同于我國動力鋰離子電池標準的執行方式，韓國實行的是公司自我檢測制度。韓國動力鋰離子電池相關標準共11個，除電動客車用電池標準以外，其他均參考國際相關標準制定，重要內容與我國相關標準類似，但不具有強制性，如表6所示。韓國動力鋰離子電池公司在國家通用標準的基礎上又制定了多項公司內部的執行標準，這些標準的嚴苛程度以及細化程度遠高于國家標準，公司投放市場的產品必須經過充分的試驗和驗證，這也為韓國動力鋰離子電池公司的產品打開歐美汽車強國市場供應了有力的技術支撐。據統計，歐美排名前10的電動汽車生產廠家有9家都與韓國動力鋰離子電池公司形成了合作關系。
3韓國動力鋰離子電池基于技術優勢的“走出去”發展戰略分析和啟示
由于韓國新能源汽車市場規模不大，本土動力鋰離子電池公司重要深耕歐美高端車企市場，實行“走出去”發展戰略，例如LG化學公司與通用?大眾等公司深度合作，三星SDI深度合作BMW等公司，SK則與奔馳合作緊密。從產品性能來看，LG與SKI開發的長尺寸大容量電芯，能量密度高，能夠靈活匹配車型，適合乘用車的布置空間，受到國外車企的好評和青睞。
3.1研發實力強，技術專利多
韓國動力鋰離子電池龍頭公司深耕研發領域，技術人員占比高，專利數量多。根據萬象云網站的數據，截止2019年十一月二十五日，LG化學在電池領域的專利檢索結果為17906項，三星SDI為22765項。其中，三星SDI在方形電池針刺安全保護裝置?過充安全保護裝置?安全功能層和泄壓裝置等方面均擁有核心專利。
2017年LG化學?三星SDI?SKI等韓國重要電池公司在鋰離子電池方面的研發投入分別為35億元?28億元?10億元（同年我國的寧德時代在研發上的投入為16.3億元）。
3.2制造工藝先進，質量管控嚴格
LG化學采用可以實現電池內部死角空間最小化的新型層壓工藝，并采用在電芯邊緣灌膠的方式達到散熱的效果；不斷提高模組的空間利用率，通過減少組裝用的薄鋁板數量來提高模組的能量密度。與三星SDI的方形電池生產線自動化程度達到100%，并且應用先進的制造執行系統，通過數以百計的測量檢查點進行檢查，實現分別跟蹤，在汽車整個使用周期嚴控動力鋰離子電池質量。
3.3產品技術目標設定清晰
LG化學重要以NCM622摻雜LMO+石墨的化學體系為主，正極材料將發展為NCM712體系，811體系目前用于圓柱電池。計劃于2020—2022年生產的電池單體比能量將達到300Wh/kg，體積能量密度將達到700Wh/L，可以滿足整車500km的續航里程需求。2023—2024年比能量將達330Wh/kg，可以滿足整車600km的續航里程需求。
三星SDI重要以NCM622+石墨的化學體系為主，也量產NCA+LMO的正極材料。公司將量產體積能量密度達到630Wh/L的3.5代產品，2021—2022年量產體積能量密度700Wh/L的第4代電池，2023年以后量產的第5代電池的體積比能量會達到800Wh/L。2015年三星SDI的全固態電池試制樣品已經可以達到300Wh/kg（采用硫化物類的固態電解質），而鋰金屬電池?鋰空氣電池重要處于實驗室開發階段。
2019年，SKI正極材料體系將NCM622升級為摻雜NCM811的體系，負極材料在2021—2022年將由石墨升級為硅碳負極。2020年電池的比能量目標為284Wh/kg，2021年為294Wh/kg，2022年有望達到314Wh/kg，隨著硅碳負極的使用在2023年將達到319Wh/kg。
3.4韓國動力鋰離子電池產業技術發展戰略對我國的啟示
當前，我國和韓國已經成為世界重要的動力鋰離子電池生產國家，得益于國內市場的貢獻，我國的動力鋰離子電池產量規模已經持續多年位居世界第一；但是，韓國動力鋰離子電池產業的整體技術實力強于我國，尤其表現在行業龍頭公司數量?產品質量以及合作的國外車企數量上，基于對韓國動力鋰離子電池產業的技術分析，對我國動力鋰離子電池技術發展有如下啟示：
（1）加強技術研發創新：鼓勵公司加大研發投入，培育和引進國內外動力鋰離子電池領軍人才，新增相關領域的專利儲量，加快新型鋰離子電池和新體系電池的研發進程；
（2）提升動力鋰離子電池制造工藝：保證動力鋰離子電池的高安全性?高合格率以及低成本和可追溯性。加快實現全工序的自動化和智能化，提升生產一致性和品質控制水平；
（3）積極與國外先進車企合作：國外先進車企的造車理念，尤其是在電動化的整車平臺和車規級動力鋰離子電池的技術要求方面對動力鋰離子電池公司提出了挑戰，積極與國外先進車企合作有助于我國動力鋰離子電池公司加深對車規級動力鋰離子電池技術的理解和研究，提高自身的技術水平；
（4）設定清晰理性的技術發展路線：盡早規劃布局未來3~5年符合車規級的動力鋰離子電池的材料技術體系，分層次穩步推進下一代動力鋰離子電池性能的提升。
