?肖成偉：車用動力電池技術(shù)發(fā)展趨勢

無論從哪個角度來看，動力電池都是汽車行業(yè)電動化轉(zhuǎn)型最核心的關(guān)鍵零部件之一，也是行業(yè)內(nèi)競爭激烈的細(xì)分領(lǐng)域。

我國動力電池性能取得長足進(jìn)步

2024年，全球新能源汽車銷量為1700萬輛，中國約占70%市場份額，已連續(xù)10年位列全球第一。2025年中國新能源汽車的銷量預(yù)計(jì)約為1400~1600萬輛。從動力電池配套量來看，2024年約為0.5TWh，約占全球60%~70%的市場份額，這一規(guī)模為中國汽車行業(yè)的電動化轉(zhuǎn)型、全球汽車市場的電動化轉(zhuǎn)型做出了巨大貢獻(xiàn)和強(qiáng)有力支撐。在動力電池全球銷量前十排名中，中國企業(yè)占六席。目前，我們已培育出世界級的動力電池企業(yè)，如寧德時代、比亞迪等。

伴隨著新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展，動力電池的技術(shù)水平亦在快速前進(jìn)。從“十三五”時期到“十四五”時期，動力電池的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均有了明顯進(jìn)步。單就動力電池能量密度而言，行業(yè)普遍希望動力電池的能量密度能達(dá)到400W/kg，下一代鋰離子電池將向500W/kg努力。在這一方面，離不開國家級項(xiàng)目支持的扶持。

從車用動力電池的發(fā)展路徑來看，依舊是基于鋰離子動力電池，我們經(jīng)過了液態(tài)磷酸鐵鋰、液態(tài)三元鋰，到目前固液混合動力電池，未來將向全固態(tài)動力電池的新電池體系發(fā)展；在電池型態(tài)上，主要以方形和大圓柱為主，軟包電池占比較小。大圓柱電池多為46系列（4680、4695、46120為主）。對于方形電池而言，無論是“長刀”還是“短刀”磷酸鐵鋰電池，基本可做到190Wh/kg的水平，體積能量密度可達(dá)400Wh/L的標(biāo)準(zhǔn)。

發(fā)展固態(tài)電池有助于提升安全性能

在固態(tài)電池方面，全球很多企業(yè)均在進(jìn)行研發(fā)，國內(nèi)很多科研院所和高校也在持續(xù)投入?？傮w來看，固態(tài)電池電解質(zhì)可分為氧化物、硫化物、氯化物和聚合物四類，在電池形式上，全固態(tài)和固液混合態(tài)均有涉及。

目前，磷酸鐵鋰單體電芯可實(shí)現(xiàn)150Wh/kg的能量密度，下一步發(fā)展方向是提高單體電芯的電壓，例如提升至2.7V，甚至2.8V，通過對負(fù)極材料增加硅含量，有望將磷酸鐵鋰單體電芯的能量密度提升至240Wh/kg，按照磷酸鐵鋰電池0.8的成組系數(shù)計(jì)算，基本可做到200 Wh/kg的系統(tǒng)能量密度，在這種情況下，即便是300 Wh/kg的三元液態(tài)電池，系統(tǒng)能量密度也只有210~220 Wh/kg左右（按0.7成組系數(shù)計(jì)算），磷酸鐵鋰電池依舊有較好的性能優(yōu)勢，但對于液態(tài)電芯而言，再向上提高能量密度便要面臨諸多風(fēng)險。

從熱失控性能來看，三元液態(tài)電池的熱失控的溫度在180℃左右，磷酸鐵鋰液態(tài)電池約為220℃左右，而固液混合電池的則為250~260℃，全固態(tài)電池的熱失控溫度則可控制在300℃度左右，因而發(fā)展固態(tài)電池，對于熱失控監(jiān)測留出了很大冗余。換言之，發(fā)展固態(tài)電池對于電池的安全性能有了較大提升。

目前，行業(yè)出現(xiàn)了一些固液混合態(tài)電池的試用案例。如蔚來汽車開發(fā)的360Wh/kg固液混合態(tài)電池，將150kWh的該類電池配裝在蔚來ET7車型上，可以實(shí)現(xiàn)1000公里的續(xù)駛里程，這是一個非常具有代表性的產(chǎn)品。當(dāng)前，很多企業(yè)也在進(jìn)行類似規(guī)格的產(chǎn)品研發(fā)。

固液混合態(tài)電池將長期存在

固液混合態(tài)電池是介于液態(tài)電池和全固態(tài)電池的過渡階段，但這一階段將持續(xù)較長時間。下一步動力電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化重點(diǎn)，是材料體系方面的建設(shè)。動力電池的正極以高鎳、超高鎳、富鋰錳基是主要產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向；負(fù)極材料以硅碳、鋰合金為主；電解質(zhì)材料以聚合物復(fù)合和硫化物這兩類作為產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展重點(diǎn)。這樣的組合，便會派生出全固態(tài)電池不同的技術(shù)路線。

我認(rèn)為，采用聚合物復(fù)合電解質(zhì)的全固態(tài)電池有望較早落地。它基本可沿用目前液態(tài)電池的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)裝備。此外，硫化物也不失為重要的發(fā)展方向。從系統(tǒng)集成角度看，CTC、CTB模式仍需考慮成本問題。因而，模組化、多模組型態(tài)或是相對可行的發(fā)展方向。

從成本角度而言，固態(tài)電池的成本依舊較高，或是目前液態(tài)電池的5~10倍?？紤]到全固態(tài)電池主要配套高端車型，在理想情況下，固態(tài)電池形成規(guī)模化后，成本將逐漸下降。我們計(jì)劃到2027年左右，固態(tài)電池能形成百輛到千輛級別的示范運(yùn)行，到2030年實(shí)現(xiàn)配裝千輛車小規(guī)模的應(yīng)用，到2035年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

新體系電池的發(fā)展思路

談及新體系電池的發(fā)展，目前主要以鈉離子電池為主，一是用在啟停電池上，這類電池的能量密度相對偏低，基本在140~165Wh/kg左右，若要和磷酸鐵鋰電池競爭，還需要不斷提升它的能量密度，我們計(jì)劃將之提升到200Wh/kg，將鈉離子電池也進(jìn)行固態(tài)化，正極采用鎳極氧化物，負(fù)極用無鈉負(fù)極或鈉合金負(fù)極，這一類型電池也得到了政府主管部門的研發(fā)支持。

此外，鋰硫電池也屬新體系電池。此前，主要以液態(tài)電池為主，能量密度約在230~450Wh/kg之間，循環(huán)壽命較低。因?yàn)樗且簯B(tài)電池，多硫化物易溶解，我們將多硫化物溶解的情況進(jìn)行抑制后，能量密度可達(dá)600Wh/kg，目前這一類電池還處于技術(shù)儲備階段。

全固態(tài)電池的定義，還是應(yīng)依據(jù)中國汽車工程學(xué)會牽頭制定的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)。目前的判定方法是，在真空條件下，進(jìn)行120℃6小時加熱，若失重率在1%以內(nèi)，則判定為是全固態(tài)電池。無論是硫化物還是聚合物復(fù)合電解質(zhì)，我們認(rèn)為，這一技術(shù)指標(biāo)也控制在千分之五以內(nèi)。目前，有很多企業(yè)的產(chǎn)品已達(dá)到這一水平，這一技術(shù)指標(biāo)對全固態(tài)電池的技術(shù)推進(jìn)影響很大。

（本文為中國電子科技集團(tuán)第十八所研究員、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車專家組副組長肖成偉 在第五屆車用動力系統(tǒng)國際論壇上的演講內(nèi)容）