中國(guó)新能源汽車用鋰電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

（山東海容電源材料股份有限公司 山東 256800）

近年來(lái)，隨著汽車行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，新能源汽車的使用量逐年遞增，這種新能源汽車的出現(xiàn)，大大減少了傳統(tǒng)汽車的碳排放量，有效實(shí)現(xiàn)了綠色化出行。現(xiàn)階段，各個(gè)汽車生產(chǎn)廠家在鋰電池等儲(chǔ)能技術(shù)方面的投入日漸增多，推進(jìn)了車用鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，取得了一定的發(fā)展成果，推進(jìn)了新能源汽車的推廣和應(yīng)用。

1.鋰電池的特點(diǎn)

鋰屬于一種金屬元素，其化學(xué)性質(zhì)比較特殊，尤其是鋰的電負(fù)性非常突出。此外，鋰原子的還原電位甚至可以達(dá)到-3V。根據(jù)已有資料計(jì)算，1g鋰在轉(zhuǎn)化為鋰離子的過(guò)程中，其電荷數(shù)需要達(dá)到3860mAh。鋰元素的這一特征使得鋰電池的單體電壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出鎳氫電池。當(dāng)然，鋰電池還存在著能量密度大、無(wú)記憶效應(yīng)、充放電效率高、自放電效率低、可循環(huán)性的特征，基于鋰電池的這些特性，在純電動(dòng)汽車領(lǐng)域，鋰電池有著非常突出的應(yīng)用效果[1]。新能源汽車大多以電動(dòng)汽車為主，其中，最為關(guān)鍵的是要進(jìn)行動(dòng)力系統(tǒng)的構(gòu)建，鋰離子電池是動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵支撐，其動(dòng)力電池以磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元、NCM鎳鈷錳等為主。鋰電池中不含有汞、鎘等重金屬元素，環(huán)境污染源相對(duì)較小，但是，鋰電池中存在正負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液等，將會(huì)對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生不利影響。

2.新能源汽車動(dòng)力鋰電池的配套使用情況

根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)，截止到當(dāng)前，我國(guó)的新能源汽車動(dòng)力電池配套總量超過(guò)了198億Wh，其中，純電動(dòng)車型動(dòng)力電池配套量高達(dá)184億Wh，而其他為插電式混動(dòng)車型動(dòng)力電池配套量。根據(jù)當(dāng)前的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)，實(shí)際配套量與市場(chǎng)需求量并不完全匹配，在當(dāng)前新能源汽車需求日漸增加的過(guò)程中，動(dòng)力鋰電池的市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿薮骩2]。從動(dòng)力電池體系的實(shí)際情況來(lái)看，磷酸鐵鋰電池的性能較為穩(wěn)定，且具有更高的安全性與可循環(huán)性，這一特性使得其在電動(dòng)汽車領(lǐng)域的應(yīng)用非常多，配套量甚至高達(dá)65%。

3.車用動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展方向

鋰離子電池正極材料需要達(dá)到以下的標(biāo)準(zhǔn)與要求：高電位、高電化學(xué)比容量、高熱能穩(wěn)定性、強(qiáng)電子導(dǎo)電性、高的離子固相擴(kuò)散速度、電解質(zhì)中溶解等諸多的特性。在當(dāng)前新能源汽車行業(yè)的快速發(fā)展過(guò)程中，鎳鈷錳鋰、磷酸鐵鋰等都已經(jīng)充分經(jīng)過(guò)了實(shí)際的驗(yàn)證，這些材料的比能量、功率特性等完全可以達(dá)到混合動(dòng)力車的現(xiàn)實(shí)需求，可以作為理想的正極活性材料。根據(jù)有關(guān)資料顯示，在2017年，磷酸鐵鋰材料的生產(chǎn)總量超過(guò)了70000t，雖然較2016年產(chǎn)量有所降低，但是，在未來(lái)同樣有著廣闊的發(fā)展前景。隨著技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)的發(fā)展方向主要體現(xiàn)在：納米合成技術(shù)、摻雜技術(shù)的應(yīng)用，有效通過(guò)這些技術(shù)來(lái)提高磷酸鐵鋰在高溫狀態(tài)下容量衰減的特性[3]。其次，在近幾年以來(lái)，國(guó)內(nèi)的動(dòng)力三元材料產(chǎn)量逐年增加，各個(gè)材料生產(chǎn)廠家擴(kuò)大了三元材料的生產(chǎn)規(guī)模，正極材料中，高鎳低鈷是主要趨勢(shì)，如特拉斯動(dòng)力電池目前鈷使用量低于3%。負(fù)極材料根據(jù)種類差異，主要以碳類和非碳類為主，前者中間相碳微球、人造石墨、天然石墨等的應(yīng)用最多，尤其是天然石墨由于存在較大的比容量特性，且價(jià)格低廉，應(yīng)用范圍非常廣，但是，天然石墨的容量稍微大些，超出了正常的使用標(biāo)準(zhǔn)，在未來(lái)的發(fā)展中，要加強(qiáng)對(duì)天然石墨的性能改進(jìn)[4]。但是，石墨負(fù)極容量很難突破，很多廠家逐步轉(zhuǎn)向其他新材料的研究，也就出現(xiàn)了金屬氧化物與鋰金屬合金材料，可以通過(guò)硅碳的使用來(lái)解決石墨負(fù)極容量低的問(wèn)題。

(1)中短期可實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)業(yè)化電池體系

在當(dāng)前的車用鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展過(guò)程中，發(fā)展方向非常多，且一些實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，比如，以磷酸鐵鋰作為正極材料、石墨作為負(fù)極材料時(shí)，隔膜材料選用PP和PE，部分采用涂層膜性，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，且在未來(lái)還存在著較大的發(fā)展?jié)摿Γ绻诖诉^(guò)程中采用的是硅碳作為負(fù)極材料，尚處于研發(fā)階段，未取得明顯的發(fā)展成果。從當(dāng)前的市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，新能源汽車乘用車的市場(chǎng)潛力巨大，隨著在鋰電池領(lǐng)域三元電池的安全性逐步得到了檢驗(yàn)，再加上消費(fèi)者對(duì)于續(xù)航里程要求有所提升、國(guó)家政策的支持，高鎳三元材料電池在未來(lái)將迎來(lái)新的發(fā)展。

(2)未來(lái)新的技術(shù)體系

現(xiàn)階段，雖然車用鋰電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展迅猛，但未來(lái)發(fā)展方向主要還是以純固態(tài)，氫能源為主，在這一方面，美國(guó)與加拿大的技術(shù)更為先進(jìn)，在我國(guó)磷酸鐵鋰電池的發(fā)展過(guò)程中，常常會(huì)面臨很多的知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛。磷酸鐵鋰電池在使用的過(guò)程中，由于其性能比較特殊，耐低溫性較差，材料一致性控制方面常常會(huì)存在諸多的問(wèn)題，這就使得在整個(gè)的鋰電池體系中，磷酸鐵鋰電池的比能量最低，在汽車設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)，一般要在汽車上配套高比能量的動(dòng)力電池產(chǎn)品，方能夠增加汽車的通行里程，因此，電池材料的創(chuàng)新是未來(lái)技術(shù)發(fā)展的主要趨勢(shì)。

在國(guó)際范圍內(nèi)，鋰硫電池是熱點(diǎn)的研究議題，根據(jù)有關(guān)資料，以單質(zhì)硫作為活性物質(zhì)計(jì)算的理論比容量甚至可以達(dá)到1675mAh/g，和鋰配對(duì)電池的理論比能量更是達(dá)到了2600Wh/kg，相比較而言，以硫與金屬鋰形成的鋰/硫二次電池體系下的比能量更高，再加上原料來(lái)源相對(duì)較多，成本偏低，完全可以滿足電動(dòng)汽車下對(duì)于動(dòng)力電池的實(shí)際需求。現(xiàn)階段，雖然進(jìn)行了大量的研究與開發(fā)，但是，鋰硫電池的可循環(huán)使用周期相對(duì)較短，在使用時(shí)的安全性不足，大電流放電性能較差，這些都是未來(lái)發(fā)展中需要解決的突出問(wèn)題。

鋰空氣電池的理論比能量可以達(dá)到3500Wh/kg以上，鋰空氣電池在使用的過(guò)程中，正極采用的是空氣中的氧作為活性物質(zhì)，在理論上正極容量趨于無(wú)限大，完全可以實(shí)現(xiàn)大容量的目的。與其他類型的電池相比，鋰空氣電池的比能量高、成本低、存在環(huán)境友好特性。在國(guó)際范圍內(nèi)，空氣電極、電解液、催化劑等都在積極研發(fā)，但是，此類電池的放電性能較差、能量效率低下是短時(shí)間內(nèi)無(wú)法解決的問(wèn)題。

固態(tài)鋰離子電池是一種新型的化學(xué)電池，其在具體的應(yīng)用過(guò)程中，主要是利用固態(tài)電解質(zhì)取代傳統(tǒng)的有機(jī)電解液與隔膜，雖然其工作原理與傳統(tǒng)電池相類似，但是，卻有著傳統(tǒng)電池?zé)o法比擬的優(yōu)勢(shì)：①固態(tài)鋰離子電池在使用時(shí)發(fā)生電解液腐蝕與泄露的安全隱患大大降低，熱穩(wěn)定性相對(duì)較高；②不需要進(jìn)行液體的封裝處理，完全可以滿足串行疊加排列和雙極結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)需求，能夠使得電池組內(nèi)的無(wú)效空間大大減少；③多個(gè)電池串聯(lián)疊加可以實(shí)現(xiàn)，有效提升了單體電池電壓值；④電化學(xué)穩(wěn)定窗口較寬，可以與很多的高電壓電極材料配合使用，滿足實(shí)際的使用需求，改變能量密度特性。

4.新能源汽車用鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展策略

(1)引進(jìn)新型龍頭企業(yè)，開創(chuàng)產(chǎn)業(yè)新局面

在地區(qū)新能源汽車用鋰電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展過(guò)程中，要積極結(jié)合區(qū)域特色，引進(jìn)龍頭企業(yè)，發(fā)揮龍頭企業(yè)在區(qū)域中的帶動(dòng)作業(yè)。比如，中炬森萊企業(yè)是專門做電池的企業(yè)，其產(chǎn)業(yè)遍及鎳氫電池、鎳鉻電池和鋰電池、動(dòng)力電池等諸多方面，在我國(guó)是較早涉及環(huán)保電池的企業(yè)，其所生產(chǎn)的電池在市場(chǎng)上的發(fā)展?jié)摿Ψ浅＞薮螅囯姵卦趧?dòng)力電池市場(chǎng)上的占比非常高，我國(guó)的部分地區(qū)可以與該企業(yè)之間建立戰(zhàn)略聯(lián)系，積極通過(guò)企業(yè)引進(jìn)來(lái)帶動(dòng)區(qū)域新能源汽車用動(dòng)力電池的發(fā)展。以中山市為例，大洋電機(jī)是新能源汽車產(chǎn)業(yè)方面的后起之秀，其在發(fā)展的過(guò)程中與北理工、北汽福田、北交大等開展了深度的戰(zhàn)略合作，在新能源汽車用鋰電池產(chǎn)業(yè)方面投入了很大的資金和技術(shù)，推進(jìn)了車用鋰電池產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步，鋰離子電池是動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)下的主要發(fā)展方向，各個(gè)地區(qū)都需要結(jié)合其區(qū)位優(yōu)勢(shì)，積極開創(chuàng)和打造動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)新局面。

(2)基于產(chǎn)業(yè)布局與產(chǎn)業(yè)鏈視角，積極引進(jìn)配套企業(yè)

在區(qū)域發(fā)展的過(guò)程中，要成為新能源汽車龍頭企業(yè)，企業(yè)就必須要積極加大在土地、資源、人才方面的扶持力度，積極通過(guò)在這些方面的投入，來(lái)加大對(duì)新能源汽車用鋰電池產(chǎn)業(yè)的扶持。地區(qū)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過(guò)程中，需從產(chǎn)業(yè)布局與產(chǎn)業(yè)鏈的視角出發(fā)，積極引進(jìn)配套企業(yè)，使得龍頭企業(yè)可以與配套企業(yè)之間緊密合作，形成產(chǎn)業(yè)鏈配套，為各項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn)工作提供基本的配套設(shè)施支持，幫助區(qū)域構(gòu)建區(qū)域合作配套企業(yè)模式。在配套企業(yè)中，中國(guó)寶安、佛山照明等均是可以選擇的企業(yè)，同時(shí)這些企業(yè)存在一定的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力，比如，中國(guó)寶安具有正極材料和負(fù)極材料的生產(chǎn)技術(shù)。

5.結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，在可持續(xù)發(fā)展理念下，要實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，新能源汽車行業(yè)的發(fā)展?jié)摿薮螅绕涫擒囉娩囯姵卦诋?dāng)前的技術(shù)背景下已經(jīng)取得了一定的發(fā)展成果，在未來(lái)隨著技術(shù)研發(fā)投入的增多，勢(shì)必會(huì)迎來(lái)嶄新的發(fā)展。