鉅大LARGE | 點擊量：731次 | 2021年11月30日
動力鋰電池能量密度“攻堅戰”打響 高壓實鐵鋰/高鎳三元等進展如何？
除了要大幅擴張產量規模以保持競爭優勢外，未來幾年動力鋰離子電池公司還面對著提升產品能量密度的“攻堅戰”。
這場戰斗的壓力重要來源于國家政策。一方面，根據2016年十二月出臺的補貼新政，將以動力鋰離子電池為補貼核心，并以能量密度為補貼調整系數的依據;另一方面，根據“十三五”規劃，到2020年，國家目標要實現動力鋰離子電池300-350wh/kg的能量密度。
事實上，國家政策引導之下，大力提升動力鋰離子電池能量密度已成為業界共識。在近日舉辦的國軒高科股份有限公司第六屆科技創新大會暨十周年慶典上，國軒高科董事長李縝特別指出，其實動力鋰離子電池技術進步的關鍵就三個，一是安全，二是壽命，三是能量密度。有關能量密度問題，這是根本。
那么，如何提升能量密度?通過改變動力鋰離子電池的正負極材料、隔膜等原材料體系，是業界公認的關鍵途徑。有關動力鋰離子電池的主流技術路線，資深人士認為將由磷酸鐵鋰/石墨、三元/石墨、高鎳三元/硅碳再到固態鋰空氣金屬的方向演進。
高工鋰電網調研發現，為提升能量密度、把握好技術路線，進而在未來激烈競爭中占據技術優勢，不少動力鋰離子電池公司作了充分的規劃與技術儲備。截至目前，這些公司技術儲備程度如何，離產業化距離有多遠，值得捋一捋以供業界參考。
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%
值得一提的是，一些動力鋰離子電池公司為把握住新能源汽車細分領域的機會，在原有材料體系基礎上做了一些突破。這種現象在2016年表現尤為明顯，預計2017年會出現更多看點。
且看下文：
1、高壓實磷酸鐵鋰材料電池
高工鋰電網了解到，自2016年十一月份開始，動力鋰離子電池公司開始大規模縮減磷酸鐵鋰離子電池產量。這種現象的出現與新能源汽車補貼新政有直接關系。
新補貼方法以電池系統能量密度為補貼標準，特別是新能源客車的補貼受動力鋰離子電池的性能等級差異較大。盡管目前不少電池公司的磷酸鐵鋰單體電芯能量密度可以做到了120-140wh/kg，但成組后的電池系統能量密度大多不超過100wh/kg。這意味著大部分已經申報的大部分車型只能獲最低檔補貼標準，從而嚴重打擊車企發展純電動客車的積極性。
在此情況之下，為配合車企拿到盡可能多的補貼，動力鋰離子電池公司只能停止生產現有不達標的產品，在短時間內通過制造工藝升級、優化PACK方法等提升電池系統能量密度，同時要求正極材料公司研發更高性能的磷酸鐵鋰材料。這重要指高壓實磷酸鐵鋰材料的研發，但需注意的是，從產品經過測試再到批量生產進入電池廠供應鏈，最快也要4-5個月的時間周期。
2、高鎳三元材料電池
隨著三元電池的安全性逐步得到驗證，加之消費市場有關續航里程的需求提升，國家政策又傾向扶持高能量密度動力鋰離子電池，在能量密度上具有顯著優勢的高鎳三元材料電池被業界普遍看好，成為眾多動力鋰離子電池公司的研究熱點。
不過，高工鋰電網經多方采訪了解到，雖然國內大型動力鋰離子電池公司都將高鎳三元材料電池作為下一代動力鋰離子電池的研發目標，但目前基本仍處于研發測試階段，都未批量生產，離大規模產業化有一定距離。
業內人士指出，高鎳三元材料電池的安全性受正極材料制備、制造環境、生產設備、電芯制造工藝等多重因素影響。其中，高鎳三元正極材料的不成熟和高鎳三元電池制造工藝技術尚未突破是阻礙其產業化的重要原因。
3、固態電池
我國工程院陳立泉院士表示：“2014年我就提出爭取5年實現全固態鋰離子電池產業化，全固態電池是我們實現領跑的難得機遇，我國40年前就開始研究，我們有基礎。”在他看來，電動汽車產業中長期發展要進行技術儲備，而固態電池有望成為我國下一代車用動力鋰離子電池主導技術路線。
陳立泉院士的觀點得到了業內人士的支持。在近期成功舉辦的高工年會上，海四達董事長沈曉彥表示，現有的材料體系已經無法達到國家規劃的指標(針對根據《節能與新能源汽車技術路線圖》，2020年的純電動汽車動力鋰離子電池的能量密度目標為350wh/kg，2025年目標為400wh/kg，2030年目標為500wh/kg)，而固態電池有可能成為新能源汽車下一代動力鋰離子電池的技術發展路線。
事實上，高工鋰電網調研發現，一大批國際領軍公司都已經積極開始做固態電池的儲備研發，也不乏一些初創公司，研究類型有聚合物固態鋰金屬電池、氧化物鋰金屬固態電池、硫化物固態電池等。
不過，全固態電池尚處在研發早期，離實現產業化有較大差距，重要有兩個問題：一是固態電解質在室溫條件下的離子電導率不高;二是固態電解質與正負極之間界面阻抗比較大。
目前業界的共識是，認為現在談全固態鋰離子電池的產業化還為時尚早，因為與其配套的材料、設備、工藝還不成熟，甚至連生產的設備都沒有。高工產研鋰電研究所(GGII)建議，要實現全固態電池的大規模產業化，技術突破很關鍵，而且材料、工藝、設備都要相應提升。
4、超級錳酸鋰離子電池
一直以來，錳酸鋰離子電池長期沒有得到國人的認可，重要基于兩個原因，一是能量密度低，二是循環性能差。一位鋰電行業資深學者認為，這與錳酸鋰材料本身有一定關系，但根本原因還是國內公司在錳酸鋰離子電池投入不夠。
一個可供參考的案例是，占全球電動汽車銷量近20%的日產聆風，采用的就是錳酸鋰離子電池，其電池供應商AESC的控股公司NEC是國際上錳酸鋰做得最好的公司。
值得一提的是，當前我國新能源汽車正處于快速發展階段，很多細分領域蘊藏著龐大的市場商機。在此背景下，國內個別電池公司在錳酸鋰離子電池方面有了研發突破，并在電動汽車應用領域表現不錯。
高工鋰電網獲悉，早于成立之初，星恒就與我國科學院物理研究所等產學研合作，采用表面氧化鋁包覆和鋁滲透摻雜技術，提升了錳酸鋰材料在電池中的高溫循環性和穩定性，構建了改性錳酸鋰動力鋰離子電池的生產體系和新工藝，自主開發了自動化裝備，成功實現星恒超級錳酸鋰正極材料和車用動力鋰離子電池的量產。
星恒總工王正偉告訴高工鋰電網，經過10多年技術沉淀和產業化積累，星恒超級錳酸鋰離子電池的循環壽命突破2000次，在高低溫性能、安全性能優勢明顯，而更為關鍵的是，其電池成本在過去的幾年里降低了10倍。
憑借技術突破及成本的降低，在剛過去的2016年，星恒在電動物流車領域異軍突起，配套動力鋰離子電池組超過1萬套，市場占比高達三分之一，成為年度備受矚目的市場領頭羊。
5、快充型磷酸鐵鋰離子電池
從消費者角度而言，都希望電動汽車充電時間越短越好，因而快充型動力鋰離子電池在電動汽車領域應用也頗受歡迎。
值得注意的是，作為完整的解決方法，除了提升充電倍率，快充技術還得考量其他四個指標，分別是能量密度、壽命、安全性、價格，否則單獨談充電速率是沒有意義的。這五個指標處在一個相對穩定的圖里。如何不犧牲能量密度，不影響循環壽命，安全穩妥地提升充電速度是產業鏈上各方的極致追求。
目前業界快充技術“花”開多朵，有多家流派，比如微宏鈦酸鋰快充技術、寧德時代(CATL)磷酸鐵鋰快充技術、珠海銀隆納米鈦酸鋰快充技術等。
在很多人眼中，鈦酸鋰是快充型電池的典型代表，磷酸鐵鋰離子電池似乎不太適合快充，寧德時代是如何做到的，令人感到好奇。據了解，在正極上，CATL開發了“超電子網”技術，使得磷酸鐵鋰具有優異的電子導電性能，可達三元材料的1000倍，同時磷酸鐵鋰的正極也兼顧了快充電池系統的超高安全性和可靠性。
在負極石墨表面，CATL采用了“快離子環”技術修飾，修飾后的石墨兼顧超級快充和高能量密度的特性，快充時負極不再出現副產物，所以大大提高鋰離子在石墨層的嵌入速度，使其具備4-5C快充能力，實現10-15分鐘快充充電，并能保證系統級別70wh/kg以上的能量密度，實現10000次的循環壽命。
另外，CATL當前開發的快充產品，搭載自主研發的熱管理系統，充分識別固定化學體系在不同溫度和SOC下的“健康充電區間”，極大拓寬鋰離子電池的運營溫度。當電池處于北方寒冷的冬天時，水熱系統在低溫下為電芯加熱，待電芯溫度達到要求，即開啟快充模式;遇到南方酷暑的夏天時，電池系統自動發熱報警，水冷系統給電芯降溫，真正做到“全氣候”的快充。
總體而言，CATL選擇的磷酸鐵鋰-石墨快充技術擁有三大特點。首先是高倍率，十分鐘迅速充滿，基本可媲美燃油車的加油時間;其次是長壽命，可達到超過10000次的充放電循環，滿足有關客車客戶使用8年的質保需求;再次是高安全的體系，磷酸鐵鋰是現階段較成熟、安全的動力鋰離子電池，其在“十一五”開始示范應用，在“十二五”電動汽車發展中擔任主力軍。磷酸鐵鋰離子電池是經過實踐驗證的，較為成熟的電池材料。
6、石墨烯鋰離子電池
石墨烯是近年來炒得很火的一款材料。在動力鋰離子電池領域，石墨烯也有了實際應用。比亞迪CTO劉衛平向高工鋰電網透露，公司將石墨烯作為導電劑使用已經有2-3年了，由于石墨烯導電性比其他導電劑更好，可以適當減少添加量，從而省出空間給活性材料，使用后相比普通的磷酸鐵鋰離子電池容量會提升3-5%，成本上也會比碳納米管的還低一些。
國軒高科于2016年八月四日在互動平臺上表示，石墨烯導電劑僅用于公司南京廠生產使用。國軒高科介紹稱，石墨烯導電劑重要可以一定程度上提高產品能量密度同時降低內阻，公司將根據相關原材料與工藝性價比決定推廣使用范圍。
客觀而言，目前石墨烯只是用于動力鋰離子電池導電劑，并沒有發現其他更多的功能。GGII分析師認為，采用石墨烯包覆技術后，鋰離子電池材料性能可以改善，比如提高材料導電性，提升電池循環性能、功率性能，容量也可以提升一點(非常少，可以忽略)，但最終想要提升能量密度是不能指望導電劑的，關鍵點還在正負極活性材料上。
一些公司明確表示擴產石墨烯動力鋰離子電池項目。消息顯示，2016年十月十八日上午，位于青島高新區的青島國際石墨烯科技創新園二期(石墨烯鋰離子動力鋰離子電池組裝產業化)項目正式奠基建設。該項目總投資2億元，由青島海福得納米科技有限公司投資建設。項目重要是將先進的石墨烯產品研發制造工藝融入鋰離子動力鋰離子電池設計制造中，全面提升電池產品質量和續航能力。
7、燃料動力鋰電池
補貼新政有關燃料動力鋰電池汽車的“特殊照顧”引起了業內人士關注。通知指出，除燃料動力鋰電池汽車外，各類車型2019-2020年中央及地方補貼標準和上限，在現行標準基礎上退坡20%。
有關燃料動力鋰電池車，按照燃料動力鋰電池車的類型進行補貼。有關燃料動力鋰電池乘用車，給予20萬元/輛補貼。有關燃料動力鋰電池小型貨車、客車，給予30萬/輛補貼。有關燃料動力鋰電池大中型客車，中重型貨車，給予50萬/輛補貼。燃料動力鋰電池額定功率與發動機額定功率相比不小于30%，且不低于30KW。
業內人士表示，隨著電動汽車的補貼退坡加速，燃料動力鋰電池車較高的補貼額度會逐漸彌補之前價格高的劣勢，鼓勵公司加大對燃料動力鋰電池車的研發投入，2017年將有更多燃料動力鋰電池車型出現。不過，有一點需承認的是，我國新能源汽車動力源仍以動力鋰離子電池為主，在未來相當車的一段時間都是如此。
目前在燃料動力鋰電池車研發方面全球領先的國家當屬日本，Toyota和Honda燃料動力鋰電池汽車都實現了小批量商業化生產。最新消息顯示，豐田還將于2017年初開始銷售豐田品牌的燃料動力鋰電池巴士，并將巴士命名為“豐田FC巴士”(以下簡稱“FC巴士”)。該巴士經過了反復的行駛實驗后終于付諸實用，豐田計劃供應2輛用于東京都交通局運營的公共巴士。
