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導(dǎo)讀： 國(guó)家對(duì)動(dòng)力電池的發(fā)展也做了一個(gè)具體的規(guī)劃，到2020年的能量密度要達(dá)到300瓦時(shí)每公斤，成本要小于1.5，到后面要達(dá)到大于等于300瓦時(shí)每公斤，成本小于0.8元，壽命達(dá)到1500次，后面新型鋰離子電池的能量密度要達(dá)到400瓦時(shí)每公斤，新體系要達(dá)到500瓦時(shí)每公斤。
6月21日，“第十八屆中國(guó)青海綠色發(fā)展投資貿(mào)易洽談會(huì)-鋰產(chǎn)業(yè)國(guó)際高峰論壇”在青海省西寧市召開(kāi)。浙江遨優(yōu)動(dòng)力系統(tǒng)有限公司副總經(jīng)理艾群在會(huì)上發(fā)表主題演講。以下為演講內(nèi)容：
首先介紹鋰動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)，這幾年動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)非常迅猛。到2025年，整個(gè)新能源汽車(chē)的銷(xiāo)量會(huì)達(dá)到660萬(wàn)輛，并且在純電動(dòng)和PHEV上的快速增長(zhǎng)，已經(jīng)超過(guò)了混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)的銷(xiāo)量會(huì)達(dá)到660萬(wàn)輛，并且在純電動(dòng)和PHEV上的快速增長(zhǎng)，已經(jīng)超過(guò)了混合動(dòng)力汽車(chē)。到2025年，整個(gè)預(yù)計(jì)的產(chǎn)能會(huì)達(dá)到85GWH，但是早上各位專(zhuān)家也說(shuō)到，整個(gè)動(dòng)力電池的產(chǎn)能已經(jīng)超過(guò)了電動(dòng)車(chē)對(duì)它的需求，但是高端電池的需求還是缺乏的。
國(guó)家對(duì)動(dòng)力電池的發(fā)展也做了一個(gè)具體的規(guī)劃，到2020年的能量密度要達(dá)到300瓦時(shí)每公斤，成本要小于1.5，到后面要達(dá)到大于等于300瓦時(shí)每公斤，成本小于0.8元，壽命達(dá)到1500次，后面新型鋰離子電池的能量密度要達(dá)到400瓦時(shí)每公斤，新體系要達(dá)到500瓦時(shí)每公斤。
國(guó)家對(duì)整個(gè)電池的規(guī)劃，從2020年到2025年，到2030年都有一個(gè)技術(shù)的要求，要求不斷地提升，能量密度要達(dá)到越來(lái)越高，特別是系統(tǒng)的成本方面，要從1.3元/瓦時(shí)降到0.8元/瓦時(shí)。
第一階段在2016年到2020年，這個(gè)是技術(shù)的一個(gè)升級(jí)階段。首先單體能量密度要達(dá)到300瓦時(shí)每公斤，成本要降低50%，達(dá)到0.6元/瓦時(shí)，這個(gè)是單體的，能量密度達(dá)到250。從2014年到2015年之間，動(dòng)力電池的成本還是在2.5元到3元，但是2017年已經(jīng)很快下降到1.6元到2元之間，整個(gè)還是非常符合市場(chǎng)對(duì)于動(dòng)力電池的需求。
第二階段、第三階段，我前面已經(jīng)講到，就不再累述。
動(dòng)力電池的一個(gè)發(fā)展關(guān)鍵，無(wú)非是這幾個(gè)方面，說(shuō)起來(lái)非常簡(jiǎn)單，但是做起來(lái)非常難，第一個(gè)是一次性要求非常高，除了單體以外，特別是成組之后的一次性，在安全性方面，因?yàn)樗P(guān)系到人的生命財(cái)產(chǎn)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，免保養(yǎng)、好的高低溫性能、環(huán)境友好、長(zhǎng)循環(huán)壽命和快速充電。
鋰電池動(dòng)力電池的體系發(fā)展路線(xiàn)，從目前來(lái)看還是在磷酸鐵鋰、三元還有錳酸鋰加碳的體系，目前的能量密度已經(jīng)達(dá)160到200瓦時(shí)左右了，后面還要繼續(xù)發(fā)展，從高鎳體系，NMC、NCA還有高鎳的鎳錳體系加碳，可以做到200到280瓦時(shí)每公斤。要做到250到400，除了政策的配合，還需要核心材料比如說(shuō)硅碳、錫等材料的應(yīng)用。要大于400以上，基本上體系方面要發(fā)生變化，像前面幾位教授講到的鋰硫電池、鋰空等新的體系的應(yīng)用。
在技術(shù)路線(xiàn)方面，我們分這三個(gè)方面來(lái)進(jìn)行闡述。
目前在動(dòng)力電池方面按形狀分有三種，方形、圓柱、軟包，從這些產(chǎn)品的各項(xiàng)市場(chǎng)比例來(lái)講，軟包電池在近幾年已經(jīng)呈一個(gè)非常上升的趨勢(shì)，在某些高端領(lǐng)域，比如說(shuō)沃特、日產(chǎn)的這些電池都是應(yīng)用的軟包裝電池。軟包裝電池的占比在以后的趨勢(shì)中有望超過(guò)50%。軟包裝電池跟其它的兩種方形和圓柱電池比較起來(lái)，最大的優(yōu)點(diǎn)是安全性能，因?yàn)樗擒洶b，是通過(guò)PP膜熱封封口的方式，所以承受的內(nèi)壓比較低，一般在2到3公斤就會(huì)釋放壓力，圓柱和方形鋰電是通過(guò)軟口或者是激光焊的方式，一般承受的壓力在10到15公斤左右。所以如果當(dāng)防爆閥不能完全打開(kāi)的時(shí)候，可能會(huì)發(fā)生這種爆炸的問(wèn)題，所以從三種形狀上來(lái)比較的話(huà)，軟包裝的安全性能是略勝一籌的。
還有軟包裝在充電和放電方面也是有優(yōu)勢(shì)的。從1997年開(kāi)始，軟包裝就已經(jīng)應(yīng)用在MP3和數(shù)碼電池領(lǐng)域，2001年開(kāi)始應(yīng)用在手機(jī)、藍(lán)牙耳機(jī)，2004年應(yīng)用在航模，2005年開(kāi)始就已經(jīng)在LEV，就是電動(dòng)自行車(chē)、平板電腦上有應(yīng)用。后面的幾年就開(kāi)始側(cè)重于動(dòng)力電池的應(yīng)用，實(shí)際上從分析數(shù)據(jù)來(lái)看，近幾年的動(dòng)力電池方面的增長(zhǎng)速度已經(jīng)超過(guò)了消費(fèi)類(lèi)的發(fā)展速度。軟包裝的發(fā)展史基本上就是遨優(yōu)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)一起成長(zhǎng)起來(lái)的。
從新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，主要分上、中、下游，上游方面主要是鎳礦、石墨、鋰礦、正負(fù)極材料的礦資源。中游主要是電芯材料這一塊，正極、負(fù)極、電解液、隔膜還有一些其它的材料，中間就是我們電池制造和PACK組裝這一塊。下游面臨的就是手機(jī)等等消費(fèi)類(lèi)電子，還有電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)新能源汽車(chē)和儲(chǔ)能系統(tǒng)。
新能源汽車(chē)成本方面分析，動(dòng)力電池基本上已經(jīng)占據(jù)了新能源汽車(chē)的50%的成本，所以為什么這么多大的乘用車(chē)廠(chǎng)一定要有自己的電池廠(chǎng)家和PACK廠(chǎng)家，這也是新能源汽車(chē)的核心技術(shù)，從成本上也可以看到。
從整個(gè)動(dòng)力電池的成本上進(jìn)行分析，正極占到35%到50%左右，最近特別是正極材料漲價(jià)之后，基本上它的整個(gè)成本已經(jīng)占到整個(gè)動(dòng)力電池的50%。其它的比如說(shuō)電解液、隔膜這些大概是占10%幾左右。
影響動(dòng)力電池的壽命的幾大因素，主要是從正極、負(fù)極還有電解液、隔膜，正極這一塊前面包含正極材料廠(chǎng)家也介紹到，比如有一些包覆、摻雜、顆粒度前軀體的一些性能，都會(huì)影響我們動(dòng)力電池的壽命。
正極材料方面主要是要求氧化還原變化定位小，化學(xué)穩(wěn)定性要好，還有顆粒、形貌、材料搭配，重點(diǎn)還有它的離子電導(dǎo)率，大電流的充放電性能。負(fù)極也是一樣，希望形成必須好的SDI膜，能夠快速容納鋰離子，能夠快速充電和放電，放電性要非常好。
電解液方面，我們通過(guò)研究新的材料搭配，還有SEI膜的成膜添加劑，還有一些過(guò)充的添加劑，因?yàn)槲覀冃碌膰?guó)標(biāo)要求對(duì)三元也有要求，要求它的電壓要EC充，高于1.5倍的電壓測(cè)試要能夠過(guò)。所以在電解液方面還有正極包覆方面的結(jié)合要通過(guò)這個(gè)測(cè)試。
電解液要對(duì)防腐蝕方面有添加劑，還有可以降低內(nèi)阻、提高表面活性、提高正極成膜性能的添加劑。隔膜方面，我看到前面中科院的老師也介紹到，我們?cè)诟裟し矫妫驗(yàn)樵趧?dòng)力電池應(yīng)用方面要求安全性能要好，所以它的熱收縮能力好，還有離子的導(dǎo)體，能夠快速地通過(guò)離子導(dǎo)體的涂層隔膜，還有耐高電壓的隔膜。
現(xiàn)有的幾種材料的比較，這里不再累述。目前來(lái)看正極材料有這樣幾種選擇，一種就是目前我們用的最多的，就是三元523、622，甚至811這些可能都還在實(shí)驗(yàn)室的階段，沒(méi)有進(jìn)行量產(chǎn)。還有鎳錳的二元類(lèi)的，這種可能就需要電壓比較高，5伏的這種，還有特斯拉運(yùn)用的這種鎳鈷鋰三元材料，還有負(fù)鋰的，我們非常看好， 因?yàn)樗@里沒(méi)有特別貴的鎳和鈷這種金屬，能量密度也非常高，如果能夠非常好地應(yīng)用這個(gè)材料，可以馬上讓動(dòng)力電池的成本下降。后面還有一些鈉、鉀離子，這樣就可以降低成本。
我們對(duì)不同三元材料容量分析，隨著鎳的含量的添加，它的容量會(huì)越來(lái)越高，但是匹配它的就是需要一些高電壓的電解液、隔膜，比如還有一些加工工藝方面的匹配。
在電解液方面，通過(guò)一些新的鋰鹽來(lái)配合這個(gè)體系，比如說(shuō)加一些ODFB，包括現(xiàn)在的一些TFSI和FFSI這些鹽類(lèi)，包括一些改善低溫的二氟磷酸鋰，通過(guò)在正極形成保護(hù)膜，使三元與正極電解液的反應(yīng)，提高電池的壽命。
富鋰錳主要是在2到4.8伏，能夠發(fā)揮250毫安時(shí)以上的容量。但是因?yàn)檫@個(gè)材料結(jié)構(gòu)上的一些問(wèn)題，還有它本身面臨的一些局限性，可能有很多專(zhuān)家不看好這個(gè)材料，但是因?yàn)樗嚁U(kuò)散效率比較低，它的平臺(tái)會(huì)逐漸降低這些缺點(diǎn)，所以包括科研機(jī)構(gòu)和很多企業(yè)都沒(méi)有很好地利用好這個(gè)材料，其實(shí)通過(guò)一些摻雜、改性、納米化和改善包覆可以逐漸克服，目前在我們實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有比較好的結(jié)果。
后面還有磷酸錳鐵鋰主要是能夠提高它的電壓平臺(tái)，能夠保持磷酸鐵鋰的安全性能，并且提高能量密度，這也是有希望的一種材料，這一塊材料就應(yīng)用得比較成熟。還有就是前面提到的一些新的鈉鹽，硫酸鐵鈉等材料，不用磷酸鋰合成的材料，也是新型的材料，它是可以降低成本的。
負(fù)極方面目前大家紛紛都提到的也就是硅碳，但是因?yàn)楣杼甲陨淼囊恍┨攸c(diǎn)，比如說(shuō)它的膨脹性和它的守時(shí)效率的問(wèn)題，大家也都紛紛想辦法解決這方面的問(wèn)題，包括補(bǔ)鋰，包括跟碳的一些復(fù)合，避免它的缺點(diǎn)，應(yīng)用它的優(yōu)點(diǎn)。把硅納米化，和石墨烯摻雜，還有PV連接器都是為了更好地運(yùn)用硅碳，再跟電解液的一些配合。
除材料方面以外，在電池工藝方面也非常重要，這個(gè)也是影響我們動(dòng)力電池的壽命的，首先第一點(diǎn)是涂覆的一次性，涂覆是動(dòng)力電池的一個(gè)基本，如果這個(gè)程序沒(méi)有做好的話(huà)，后面就很難做出性能非常好的電池。所以在涂覆方面，其實(shí)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化程度已經(jīng)上到一個(gè)水平，現(xiàn)在我們都會(huì)應(yīng)用這種擠壓式的涂覆，能夠控制在正負(fù)1的精度，并且通過(guò)Xre或者β射線(xiàn)控制涂覆的密度進(jìn)行閉環(huán)控制。還有生產(chǎn)過(guò)程中的壓實(shí)密度的一致性也對(duì)電池的性能影響非常大，特別是在負(fù)極的壓實(shí)方面，會(huì)對(duì)電池的循環(huán)還有能量影響非常大。還有水分的控制。還有化成技術(shù)，軟包裝在化成技術(shù)上有一定的優(yōu)點(diǎn)，可以利用高溫加壓化成的技術(shù)，圓柱或者是鋁殼電池，鋁殼電池目前采用負(fù)壓，一個(gè)大氣壓左右，但是軟包裝可以加好幾個(gè)這種壓力，可以更密切地讓正極和負(fù)極接觸，手持的時(shí)候可以形成致密的膜，保持它后期的性能。
還有保液量，有專(zhuān)家說(shuō)后期把電池拿回來(lái)要進(jìn)行補(bǔ)液，來(lái)讓它的二次壽命能得到提升，進(jìn)行二次利用。實(shí)際上補(bǔ)液量在首次的時(shí)候也非常重要，直接影響到電池的長(zhǎng)循環(huán)的使用。