動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)如何實(shí)現(xiàn)從“有”到“好”的巨大變革？

近年來，隨著新能源汽車的快速發(fā)展，我國(guó)在新能源汽車賽道不斷實(shí)現(xiàn)著彎道超越。如今，我國(guó)已經(jīng)占據(jù)全球新能源汽車市場(chǎng)的大半壁江山，“中國(guó)制造”成為新能源汽車界的金字招牌。但縱觀全產(chǎn)業(yè)鏈，仍有重重壁障在阻礙技術(shù)的進(jìn)步。而動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心，其產(chǎn)業(yè)也正經(jīng)歷著從“有”到“好”的巨大變革。

為探索產(chǎn)業(yè)新路徑，領(lǐng)航動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，主題為“綠色新動(dòng)力·世界新動(dòng)能”的2023世界動(dòng)力電池大會(huì)上，來自動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)不同領(lǐng)域的專家們?yōu)楫a(chǎn)業(yè)發(fā)展建言獻(xiàn)策，在技術(shù)方面共同提出有兩大亟待突破的重點(diǎn)方向：

第一，技術(shù)創(chuàng)新是重中之重；

第二，新型儲(chǔ)能為產(chǎn)業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航。

技術(shù)創(chuàng)新是重中之重

在動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的上半程中，我們圓滿完成了“有”的目標(biāo)。2022年，我國(guó)新能源汽車銷售688.7萬輛，同比增長(zhǎng)93.4%，占到全球銷量的61.2%，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)裝機(jī)量達(dá)294.6 GWh，占全球60.4%。但是，我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)仍然有著不少技術(shù)難關(guān)亟待突破。

現(xiàn)階段量產(chǎn)動(dòng)力電池仍然以液態(tài)電池為主。其中，三元鋰電池難以兼顧能量密度和安全性，磷酸鐵鋰電池的能量密度已經(jīng)接近于瓶頸，難以再次突破。而對(duì)于即將實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的半固態(tài)電池而言，其實(shí)稱其為“半液體電池”更為合適。半固態(tài)路線仍然會(huì)使用隔膜與液態(tài)電解液，制備方法大部分沿用傳統(tǒng)鋰離子電池工藝與裝備技術(shù)，性能距離固態(tài)電池仍有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離，但是成本卻大幅提高。以即將上市的搭載150 kWh半固態(tài)電池的全新蔚來ES6為例，蔚來董事長(zhǎng)李斌曾表示，該電池的成本達(dá)到一輛蔚來ET5的價(jià)格，即超過30萬元。毫無疑問，此等價(jià)格難以得到市場(chǎng)的認(rèn)可和接受。

在此基礎(chǔ)上，要推動(dòng)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)向“好”發(fā)展，必須要在現(xiàn)有的技術(shù)上實(shí)現(xiàn)顛覆性的創(chuàng)新。現(xiàn)階段，最熱點(diǎn)的創(chuàng)新方向便是固態(tài)電池技術(shù)路線的突破。那么，為什么產(chǎn)業(yè)內(nèi)對(duì)固態(tài)電池有如此高的期望呢？相比液態(tài)電池，固態(tài)電池有哪些優(yōu)勢(shì)呢？

第一，固態(tài)電池本質(zhì)上比現(xiàn)有的三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池更安全。由于其使用固體電解質(zhì)，可以防止金屬形成樹突，從而避免電池短路、過熱和故障等問題。此外，固態(tài)電解質(zhì)不易燃，能夠在更高的溫度范圍工作。在提高安全性的同時(shí)可以有效提高新能源汽車在極端天氣下的續(xù)航能力。

第二，固態(tài)電池的能量密度更高。固態(tài)電解質(zhì)密度更高、結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固，可以容納更多的帶電離子，從而傳導(dǎo)更大的電流，提高電池的能量密度。

第三，固態(tài)電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。因?yàn)楣虘B(tài)電解質(zhì)同時(shí)起到電解質(zhì)和隔膜的作用。

第四，固態(tài)電池的理論壽命更長(zhǎng)。固態(tài)電池主要使用聚合物、氧化物、硫化物等材料作為固態(tài)電解質(zhì)，這些材料具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和離子導(dǎo)電率，對(duì)電池的壽命是很大的提升。

但是，目前固態(tài)電池在技術(shù)上仍有不少的難點(diǎn)。在“新一代動(dòng)力電池與前瞻技術(shù)主題論壇”上，中國(guó)工程院外籍院士、加拿大皇家科學(xué)院院士、加拿大國(guó)家工程院院士孫學(xué)良先生表示，固態(tài)電池目前主要面臨兩大挑戰(zhàn)。一是固態(tài)電解質(zhì)與正極材料間的界面問題，包括應(yīng)力、擴(kuò)散、反應(yīng)等界面的控制、界面的離子傳輸和它的各種性能等。二是固態(tài)電池電解質(zhì)本身有著非常大的挑戰(zhàn)性。目前采用的聚合物、氧化物和硫化物，要滿足離子傳導(dǎo)、空氣穩(wěn)定性和正負(fù)極的匹配性，都是有挑戰(zhàn)的。比如說聚合物的離子電導(dǎo)率相對(duì)較低，需要在相對(duì)高的溫度下操作，氧化物陶瓷的界面控制是需要解決的重點(diǎn)。

此外，盡管我國(guó)在液態(tài)電池的技術(shù)上領(lǐng)先全球，但是固態(tài)電池的研發(fā)進(jìn)度卻并未實(shí)現(xiàn)很大幅度的領(lǐng)先。目前，豐田、三星等海外公司在固態(tài)電池的研發(fā)上同樣成績(jī)斐然。

因此，要解決固態(tài)電池研發(fā)路徑上的挑戰(zhàn)，同時(shí)保持我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)在全球的領(lǐng)先地位，必須要在技術(shù)創(chuàng)新方面加大力度，盡快實(shí)現(xiàn)“半固態(tài)電池—準(zhǔn)固態(tài)電池—全固態(tài)電池”的產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

新型儲(chǔ)能為產(chǎn)業(yè)發(fā)展保駕護(hù)航

目前無論是在動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)還是在新能源汽車產(chǎn)業(yè)，更多的關(guān)注點(diǎn)都是在電池技術(shù)的突破上，但同時(shí)，新型儲(chǔ)能技術(shù)的研發(fā)同樣至關(guān)重要。

截至2022年底，全球已投運(yùn)了電力儲(chǔ)能項(xiàng)目累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)到237 GWh，其中新型儲(chǔ)能累計(jì)裝機(jī)規(guī)模達(dá)45 GWh。近年來，國(guó)家發(fā)改委、國(guó)家能源局先后制發(fā)《十四五新型儲(chǔ)能發(fā)展實(shí)施方案和強(qiáng)制配儲(chǔ)》等政策，產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)如雨后春筍般涌現(xiàn)，2022年全國(guó)新成立儲(chǔ)能企業(yè)超3.8萬家，新增投運(yùn)的儲(chǔ)能裝機(jī)項(xiàng)目規(guī)模突破15 GWh。

此外，儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)鏈圍繞源網(wǎng)荷儲(chǔ)與動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈高度重合，預(yù)計(jì)“十四五”儲(chǔ)能鋰電池總突破量年負(fù)荷增長(zhǎng)率將超過50%，到2025年全球儲(chǔ)能出貨量將逼近500 GWh，2030年全球儲(chǔ)能電池市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2萬億元。

那么，新型儲(chǔ)能為何如此重要呢？在“儲(chǔ)能發(fā)展高峰論壇”上，國(guó)家能源局總工程師向海平先生表示，儲(chǔ)能技術(shù)的產(chǎn)生使電能根據(jù)需要在時(shí)間和空間維度上規(guī)模化轉(zhuǎn)移成為可能，深刻地改變了傳統(tǒng)電力系統(tǒng)急發(fā)急用的格局。隨著電力需求和電力消費(fèi)在能源消費(fèi)中的比重不斷提升，特別是隨著碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的提出，可再生能源占比逐漸提高的新型電力系統(tǒng)將加快構(gòu)建，需要通過發(fā)揮新型儲(chǔ)能的調(diào)峰填谷調(diào)頻等多種調(diào)節(jié)功能，彌補(bǔ)新能源的隨機(jī)性、間歇性、波動(dòng)性等缺陷，維護(hù)和促進(jìn)電力系統(tǒng)平衡穩(wěn)定。新型儲(chǔ)能還可以配合火電等常規(guī)電源，有效提供電力輔助服務(wù)，提升機(jī)組性能和電力系統(tǒng)靈活性、穩(wěn)定性。儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展，將深刻改變未來電力系統(tǒng)的發(fā)展模式和電力格局。

因此，新型儲(chǔ)能不但對(duì)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)起到至關(guān)重要的作用，更是全新能源汽車上下游產(chǎn)業(yè)乃至維持我國(guó)電力系統(tǒng)平穩(wěn)、健康運(yùn)行的根基。在動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)變革的同時(shí)，一定離不開新型儲(chǔ)能為其保駕護(hù)航。

正如全球動(dòng)力電池企業(yè)龍頭——寧德時(shí)代的董事長(zhǎng)曾毓群先生在大會(huì)第一天所講那般，動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從有沒有邁入了好不好的新階段。而在全新的階段中，我國(guó)近年來在全球動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)中積攢的優(yōu)勢(shì)若想繼續(xù)保持，就需要全產(chǎn)業(yè)上下游緊密融合，共同推動(dòng)技術(shù)研發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)制定、產(chǎn)業(yè)規(guī)劃等方面的深入發(fā)展，在轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，助力我國(guó)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)繼續(xù)領(lǐng)跑全球。