肖成伟

中国电子科技集团公司第十八研究所研究员

新能源汽车需求推动高比能电池和新材料加快开发应用

一、动力电池技术发展现状

动力电池技术主要向着两个方向发展。一是向着高比能方向发展，正极材料从高电压中镍向高镍、超高镍以及富锂锰基材料迭代发展，负极材料从石墨向硅基负极，以及锂金属负极迭代发展。二是向着经济性（低成本）方向发展，磷酸铁锂正极材料会有一些技术提升，磷酸锰铁锂是磷酸铁锂材料的迭代升级产品，是目前研究和产业化热点。此外，从结构创新方面可进一步提升电池及电池系统的能量密度和安全性，如刀片电池、大圆柱电池、电池到系统（CTP）、电池到底盘（CTC）、电池到车身（CTB）等。当前，软包装和方形高比能液态三元锂离子电池能量密度分别达到300Wh/kg和270Wh/kg，方形高比能磷酸铁锂电池能量密度达到190Wh/kg，且均已实现量产和规模化应用。

在新能源汽车对高比能电池需求的推动下，新材料也在加速开发和应用。一是富锂锰基正极材料，目前量产基本上可达到280mAh/g，与硅碳负极材料匹配可使电池能量密度达到400Wh/kg以上；二是磷酸锰铁锂材料体系，可以与富锂锰基、三元和磷酸铁锂材料等复配使用，来进一步提升磷酸铁锂类电池的能量密度，能量密度可达240Wh/kg以上；三是负极材料逐步实现从石墨到硅基再到锂金属的迭代升级，当前高比能电池主要使用硅基材料，包括硅氧和硅碳，需要进一步提高硅基材料的首次库伦效率，降低体积膨胀，提高电池的循环耐久能力。

二、动力电池技术发展趋势

动力电池研发的热点主要集中在下一代锂离子电池、全固态电池等新体系电池以及电池系统集成等相关技术。

1、高安全和高比能需求推动了固液混合和全固态电池技术进步

固液混合态电池和全固态电池的技术路线都得到了各国政府和企业的高度重视和大力支持，是未来动力电池竞争的热点方向。其中固液混合态电池基本上可以借鉴液态电池的工艺装备和生产体系，而全固态电池的大部分需生产工艺和装备则需要重新开发。固态电池电解质体系主要包括氧化物、硫化物、卤化物和聚合物四类，不同的电解质体系在不同企业都得到了较好的研究和验证，能量密度在300Wh/kg以内的固液混合态电池正逐步实现小批量生产。从整车厂对全固态电池的规划来看，预计2025年前后企业将建立全固态电池试制生产线，并推出搭载全固态电池的原型车，电池能量密度将达到400Wh/kg。2030年前实现全固态电池的量产和规模化应用，能量密度有望达到500～600Wh/kg。

2、低温环境适应性推动了全气候高比能快充电池系统技术进步

电池热管理系统实现了高温散热和低温快速加热的有机结合，大幅拓展了电池系统的温度使用环境，全气候电池系统可实现4C快速充电，-30度低温环境下可实现80%的常温续驶里程。

3、资源丰富，成本低，安全高及倍率性能好等推动钠离子电池技术进步

近年来，钠离子电池技术和产业得到了快速发展。目前量产的钠离子电池能量密度可达145Wh/kg，成本仍然较高，循环耐久性能有待进一步提升。未来采用镍基氧化物/硬碳材料体系的钠离子电池能量密度预计可提升至180Wh/kg以上，在微混合、插电式混合动力以及微型纯电动汽车等领域将有较好的市场应用潜力。

文章转自公众号：新能源汽车行业蓝皮书