锂动力电池的发展趋势及其技术路线

6月21日，“第十八届中国青海绿色发展投资贸易洽谈会-锂产业国际高峰论坛”在青海省西宁市召开。浙江遨优动力系统有限公司副总经理艾群在会上发表主题演讲。以下为演讲内容：

首先介绍锂动力电池的发展趋势，这几年动力电池的发展趋势非常迅猛。到2025年，整个新能源汽车的销量会达到660万辆，并且在纯电动和PHEV上的快速增长，已经超过了混合动力汽车。到2025年，整个预计的产能会达到85GWH，但是早上各位专家也说到，整个动力电池的产能已经超过了电动车对它的需求，但是高端电池的需求还是缺乏的。

国家对动力电池的发展也做了一个具体的规划，到2020年的能量密度要达到300瓦时每公斤，成本要小于1.5，到后面要达到大于等于300瓦时每公斤，成本小于0.8元，寿命达到1500次，后面新型锂离子电池的能量密度要达到400瓦时每公斤，新体系要达到500瓦时每公斤。

国家对整个电池的规划，从2020年到2025年，到2030年都有一个技术的要求，要求不断地提升，能量密度要达到越来越高，特别是系统的成本方面，要从1.3元/瓦时降到0.8元/瓦时。

第一阶段在2016年到2020年，这个是技术的一个升级阶段。首先单体能量密度要达到300瓦时每公斤，成本要降低50%，达到0.6元/瓦时，这个是单体的，能量密度达到250。从2014年到2015年之间，动力电池的成本还是在2.5元到3元，但是2017年已经很快下降到1.6元到2元之间，整个还是非常符合市场对于动力电池的需求。

第二阶段、第三阶段，我前面已经讲到，就不再累述。

动力电池的一个发展关键，无非是这几个方面，说起来非常简单，但是做起来非常难，第一个是一次性要求非常高，除了单体以外，特别是成组之后的一次性，在安全性方面，因为它关系到人的生命财产安全的，所以在安全性方面也是一定要做到的。低成本、高功率的密度，免保养、好的高低温性能、环境友好、长循环寿命和快速充电。

锂电池动力电池的体系发展路线，从目前来看还是在磷酸铁锂、三元还有锰酸锂加碳的体系，目前的能量密度已经达160到200瓦时左右了，后面还要继续发展，从高镍体系，NMC、NCA还有高镍的镍锰体系加碳，可以做到200到280瓦时每公斤。要做到250到400，除了政策的配合，还需要核心材料比如说硅碳、锡等材料的应用。要大于400以上，基本上体系方面要发生变化，像前面几位教授讲到的锂硫电池、锂空等新的体系的应用。

在技术路线方面，我们分这三个方面来进行阐述。

目前在动力电池方面按形状分有三种，方形、圆柱、软包，从这些产品的各项市场比例来讲，软包电池在近几年已经呈一个非常上升的趋势，在某些高端领域，比如说沃特、日产的这些电池都是应用的软包装电池。软包装电池的占比在以后的趋势中有望超过50%。软包装电池跟其它的两种方形和圆柱电池比较起来，最大的优点是安全性能，因为它是软包装，是通过PP膜热封封口的方式，所以承受的内压比较低，一般在2到3公斤就会释放压力，圆柱和方形锂电是通过软口或者是激光焊的方式，一般承受的压力在10到15公斤左右。所以如果当防爆阀不能完全打开的时候，可能会发生这种爆炸的问题，所以从三种形状上来比较的话，软包装的安全性能是略胜一筹的。

还有软包装在充电和放电方面也是有优势的。从1997年开始，软包装就已经应用在MP3和数码电池领域，2001年开始应用在手机、蓝牙耳机，2004年应用在航模，2005年开始就已经在LEV，就是电动自行车、平板电脑上有应用。后面的几年就开始侧重于动力电池的应用，实际上从分析数据来看，近几年的动力电池方面的增长速度已经超过了消费类的发展速度。软包装的发展史基本上就是遨优的技术团队一起成长起来的。

从新能源汽车产业链来看，主要分上、中、下游，上游方面主要是镍矿、石墨、锂矿、正负极材料的矿资源。中游主要是电芯材料这一块，正极、负极、电解液、隔膜还有一些其它的材料，中间就是我们电池制造和PACK组装这一块。下游面临的就是手机等等消费类电子，还有电动工具、电动自行车、电动新能源汽车和储能系统。

新能源汽车成本方面分析，动力电池基本上已经占据了新能源汽车的50%的成本，所以为什么这么多大的乘用车厂一定要有自己的电池厂家和PACK厂家，这也是新能源汽车的核心技术，从成本上也可以看到。

从整个动力电池的成本上进行分析，正极占到35%到50%左右，最近特别是正极材料涨价之后，基本上它的整个成本已经占到整个动力电池的50%。其它的比如说电解液、隔膜这些大概是占10%几左右。

影响动力电池的寿命的几大因素，主要是从正极、负极还有电解液、隔膜，正极这一块前面包含正极材料厂家也介绍到，比如有一些包覆、掺杂、颗粒度前躯体的一些性能，都会影响我们动力电池的寿命。

正极材料方面主要是要求氧化还原变化定位小，化学稳定性要好，还有颗粒、形貌、材料搭配，重点还有它的离子电导率，大电流的充放电性能。负极也是一样，希望形成必须好的SDI膜，能够快速容纳锂离子，能够快速充电和放电，放电性要非常好。

电解液方面，我们通过研究新的材料搭配，还有SEI膜的成膜添加剂，还有一些过充的添加剂，因为我们新的国标要求对三元也有要求，要求它的电压要EC充，高于1.5倍的电压测试要能够过。所以在电解液方面还有正极包覆方面的结合要通过这个测试。

电解液要对防腐蚀方面有添加剂，还有可以降低内阻、提高表面活性、提高正极成膜性能的添加剂。隔膜方面，我看到前面中科院的老师也介绍到，我们在隔膜方面，因为在动力电池应用方面要求安全性能要好，所以它的热收缩能力好，还有离子的导体，能够快速地通过离子导体的涂层隔膜，还有耐高电压的隔膜。

现有的几种材料的比较，这里不再累述。目前来看正极材料有这样几种选择，一种就是目前我们用的最多的，就是三元523、622，甚至811这些可能都还在实验室的阶段，没有进行量产。还有镍锰的二元类的，这种可能就需要电压比较高，5伏的这种，还有特斯拉运用的这种镍钴锂三元材料，还有负锂的，我们非常看好，因为它这里没有特别贵的镍和钴这种金属，能量密度也非常高，如果能够非常好地应用这个材料，可以马上让动力电池的成本下降。后面还有一些钠、钾离子，这样就可以降低成本。

我们对不同三元材料容量分析，随着镍的含量的添加，它的容量会越来越高，但是匹配它的就是需要一些高电压的电解液、隔膜，比如还有一些加工工艺方面的匹配。

在电解液方面，通过一些新的锂盐来配合这个体系，比如说加一些ODFB，包括现在的一些TFSI和FFSI这些盐类，包括一些改善低温的二氟磷酸锂，通过在正极形成保护膜，使三元与正极电解液的反应，提高电池的寿命。

富锂锰主要是在2到4.8伏，能够发挥250毫安时以上的容量。但是因为这个材料结构上的一些问题，还有它本身面临的一些局限性，可能有很多专家不看好这个材料，但是因为它锂扩散效率比较低，它的平台会逐渐降低这些缺点，所以包括科研机构和很多企业都没有很好地利用好这个材料，其实通过一些掺杂、改性、纳米化和改善包覆可以逐渐克服，目前在我们实验室已经有比较好的结果。

后面还有磷酸锰铁锂主要是能够提高它的电压平台，能够保持磷酸铁锂的安全性能，并且提高能量密度，这也是有希望的一种材料，这一块材料就应用得比较成熟。还有就是前面提到的一些新的钠盐，硫酸铁钠等材料，不用磷酸锂合成的材料，也是新型的材料，它是可以降低成本的。

负极方面目前大家纷纷都提到的也就是硅碳，但是因为硅碳自身的一些特点，比如说它的膨胀性和它的守时效率的问题，大家也都纷纷想办法解决这方面的问题，包括补锂，包括跟碳的一些复合，避免它的缺点，应用它的优点。把硅纳米化，和石墨烯掺杂，还有PV连接器都是为了更好地运用硅碳，再跟电解液的一些配合。

除材料方面以外，在电池工艺方面也非常重要，这个也是影响我们动力电池的寿命的，首先第一点是涂覆的一次性，涂覆是动力电池的一个基本，如果这个程序没有做好的话，后面就很难做出性能非常好的电池。所以在涂覆方面，其实现在国内的自动化程度已经上到一个水平，现在我们都会应用这种挤压式的涂覆，能够控制在正负1的精度，并且通过Xre或者β射线控制涂覆的密度进行闭环控制。还有生产过程中的压实密度的一致性也对电池的性能影响非常大，特别是在负极的压实方面，会对电池的循环还有能量影响非常大。还有水分的控制。还有化成技术，软包装在化成技术上有一定的优点，可以利用高温加压化成的技术，圆柱或者是铝壳电池，铝壳电池目前采用负压，一个大气压左右，但是软包装可以加好几个这种压力，可以更密切地让正极和负极接触，手持的时候可以形成致密的膜，保持它后期的性能。

还有保液量，有专家说后期把电池拿回来要进行补液，来让它的二次寿命能得到提升，进行二次利用。实际上补液量在首次的时候也非常重要，直接影响到电池的长循环的使用。

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