鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李輝 張?jiān)磦? 許國利 劉統(tǒng)軍

摘要：本文通過分析國內(nèi)外鋰離子動(dòng)力電池的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，總結(jié)了目前國內(nèi)鋰離子動(dòng)力電池行業(yè)存在的問題，提出可以通過提升電池的比能量和降低電池成本兩個(gè)方面來提高電池的競爭性，相關(guān)綜述和討論可為鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)研發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：鋰離子;動(dòng)力電池;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

近年來，隨著各個(gè)國家對新能源開發(fā)的日愈重視，電池行業(yè)得以快速發(fā)展。其中，鋰離子動(dòng)力電池以其較長的使用壽命、較高的安全性能等特點(diǎn)備受關(guān)注，目前，鋰離子動(dòng)力電池處于大規(guī)模自動(dòng)化生產(chǎn)階段，通過研發(fā)人員的不斷努力，鋰離子動(dòng)力電池的成本不斷下降。本文重點(diǎn)介紹國內(nèi)外鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀，闡述國內(nèi)鋰離子動(dòng)力電池存在的共性問題，并討論鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢。

1 國外鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀

韓國和日本在鋰離子動(dòng)力電池的研發(fā)方面有較高投入，是鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)大國，日本的松下電池在全球動(dòng)力電池產(chǎn)品出貨量中名列前茅，韓國的LG和三星也排在前十位，但全球排名前十的其他位次都由中國企業(yè)占據(jù)。隨著我國加大對新能源汽車及動(dòng)力電池的扶持政策，我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，其他國家在全球動(dòng)力電池市場中的占有額逐年下降。

就目前而言，日本仍是整個(gè)動(dòng)力電池行業(yè)的風(fēng)向標(biāo)，占據(jù)著鋰離子動(dòng)力電池的高端市場。日本制定了動(dòng)力電池技術(shù)的路線圖，該路線圖以能量密度、比功率、成本、壽命為指標(biāo)，明確了動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展的方向。目前，在日本除豐田汽車外，其他車企的動(dòng)力電池都是高能量密度的鋰離子動(dòng)力電池。

雖然韓國的鋰離子動(dòng)力電池起步比日本晚，但其在動(dòng)力電池行業(yè)的研發(fā)方面投入巨大，韓國動(dòng)力電池行業(yè)也得到迅速發(fā)展，建立了相對完整的鋰離子動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈。韓國在動(dòng)力電池的發(fā)展方面注重低成本戰(zhàn)略，在韓國、美國、中國、日本都建有電池生產(chǎn)基地。因此韓國在鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展方面也不容忽視。

2 國內(nèi)鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國家對新能源開發(fā)的重視，我國鋰離子電池行業(yè)增長迅速。近年來，我國的鋰離子動(dòng)力電池的單體能量密度得到了大幅度提升，電池的單位成本降低。我國電池行業(yè)的成就主要得益于國內(nèi)電動(dòng)汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，使鋰離子動(dòng)力電池有較大的市場份額。國內(nèi)的電池行業(yè)巨頭力神、比亞迪、時(shí)代新能源、沃特瑪、國軒高科占據(jù)國內(nèi)大部分的動(dòng)力電池市場。比亞迪的動(dòng)力電池以磷酸鐵鋰為主，單體能量密度較高，基本接近理論值極限;時(shí)代新能源電池的正極材料包含磷酸鐵鋰和三元材料，電池主要用于大巴車，更注重動(dòng)力電池的儲能、實(shí)用性和安全性能;沃特瑪電池的正負(fù)極材料主要采用復(fù)合材料。總而言之，我國鋰離子動(dòng)力電池的技術(shù)路線趨向多元化、自動(dòng)化，很多企業(yè)正考慮拓展鋰離子動(dòng)力電池的新應(yīng)用領(lǐng)域。

3 國內(nèi)鋰離子動(dòng)力電池發(fā)展存在的問題

目前我國鋰離子動(dòng)力電池生產(chǎn)規(guī)模較大、技術(shù)水平較高，但在系統(tǒng)集成、精密制造、回收利用等方面仍存在諸多不足。

3.1高端產(chǎn)能不足

我國生產(chǎn)的鋰離子動(dòng)力電池電芯與國際先進(jìn)水平相比存在一定差距，電池的功率特性、循環(huán)壽命與國際先進(jìn)水平相比存在一定差距。鋰離子動(dòng)力電池電芯的安全性設(shè)計(jì)水平較低，電芯的質(zhì)量控制技術(shù)與國際先進(jìn)水平相比有一定差距。高端的動(dòng)力電池材料仍需要進(jìn)口，我國的高端優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品一直供不應(yīng)求，長此以往，會(huì)造成動(dòng)力電池行業(yè)的結(jié)構(gòu)性風(fēng)險(xiǎn)。

3.2自動(dòng)化程度低

鋰離子動(dòng)力電池的生產(chǎn)設(shè)備和制造工藝決定著電池的性能。韓國、日本等國家采用的電池裝備的自動(dòng)化程度較高。而在國內(nèi)除了部分先進(jìn)企業(yè)之外，大部分鋰離子動(dòng)力電池企業(yè)的自動(dòng)化程度較低，并且電池制造的關(guān)鍵設(shè)備都依賴進(jìn)口，我國自主研發(fā)的電池制造設(shè)備生產(chǎn)精度偏低，制造出來的電池的產(chǎn)品批次一致性較差。

3.3回收程度不足

鋰離子動(dòng)力電池中的稀土、鋰、電解液等材料可以循環(huán)再利用。目前在我國電池回收體系不完善，部分電池材料回收企業(yè)不重視環(huán)境保護(hù)，造成二次污染。這主要是由于電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝不同，給電池回收企業(yè)帶來了一定難度。雖然國家已經(jīng)認(rèn)識到電池材料回收的重要性，也出臺了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但是仍缺乏成熟的回收產(chǎn)業(yè)鏈和回收體系。另外，由于電池回收的經(jīng)濟(jì)性較差，在某種程度上也制約著回收企業(yè)的發(fā)展積極性。目前，在歐洲、美國等發(fā)達(dá)國家已形成具有一定規(guī)模的回收產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是歐盟明確規(guī)定鋰離子電池必須全部由制造方回收。

4 鋰離子動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢

隨著國家扶持政策的穩(wěn)步調(diào)整和新能源汽車市場的需求量加大，鋰離子動(dòng)力電池的需求量增長迅速。為了提高我國動(dòng)力電池行業(yè)在全球占的市場份額，提升動(dòng)力電池的比能量已成為當(dāng)務(wù)之急，同時(shí)要降低動(dòng)力電池的消耗成本。

4.1提升鋰離子動(dòng)力電池比能量

提升鋰離子動(dòng)力電池比能量可以從電芯生產(chǎn)環(huán)節(jié)、正負(fù)極材料、隔膜、電解液等電池關(guān)鍵材料入手實(shí)現(xiàn)電池電化學(xué)性能的提高。對于圓柱電池來說，提升電池比能量的方法是提高單體電芯容量，但是這樣會(huì)增加電池的尺寸，降低電池的循環(huán)使用壽命，因此，圓柱電池在增大尺寸的同時(shí)必須考慮電池的電化學(xué)性能和安全性能。對于方形電池，提升電池比能量的方法是增大尺寸和輕量化。目前鋰離子動(dòng)力電池的方形鋁殼向輕重量和高硬度方向發(fā)展，可以提升電池的比能量。另外，增大方形電池的尺寸空間也大于圓柱電池，有很大的提升比容量、降低成本的潛力。通過改進(jìn)鋰離子電池的正負(fù)極材料、隔膜、電解液也可以提高電池的比能量。采用高容量的正極材料、在負(fù)極材料中加入硅或者硅碳復(fù)合材料、使用薄型化隔膜都可以提升電池的比能量。

4.2降低鋰離子動(dòng)力電池成本

隨著鋰離子動(dòng)力電池的快速發(fā)展，電池原材料供不應(yīng)求，造成材料的價(jià)格暴漲。而大部分電池的原材料并不稀缺，待供需平衡之后，電池原材料的價(jià)格勢必會(huì)趨于正常，這樣會(huì)降低鋰離子動(dòng)力電池的成本。電池企業(yè)還可以通過擴(kuò)大產(chǎn)能、提高電芯的利用率、提升生產(chǎn)的自動(dòng)化、實(shí)現(xiàn)電池的梯度利用、回收利用等方面來降低鋰離子動(dòng)力電池的成本。

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