動力電池能量密度顯著提升,高鎳三元+硅碳實現(xiàn)300wh/kg目標(biāo)

摘要

“電池企業(yè)通過技術(shù)升級、產(chǎn)線改造、材料體系優(yōu)化等措施，我認(rèn)為三元電池在2020年左右可以實現(xiàn)300wh/kg的要求?！狈浇ㄈA表示。

無論是國家政策導(dǎo)向作用還是競爭后補貼時代，電池單體比能量達(dá)300wh/kg都已經(jīng)成為了眾多電池企業(yè)努力的目標(biāo)。

一方面，政策層面對動力電池單體比能量和系統(tǒng)能量密度要求2020年不低于300wh/kg和220wh/kg的指標(biāo)。另一方面，在補貼退坡的壓力之下，主機廠和電池廠都在進(jìn)行產(chǎn)品的換代升級，為2020年補貼完全退出之后與燃油車展開競爭提前準(zhǔn)備。

業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，動力電池單體比能量達(dá)300wh/kg在2020年可以實現(xiàn)，達(dá)成的技術(shù)路線共識是高鎳三元正極搭配硅碳負(fù)極，目前已經(jīng)取得了實質(zhì)性突破。而中期目標(biāo)基于富鋰錳基/高容量硅碳負(fù)極，實現(xiàn)單體超過350wh/kg。

不過，業(yè)內(nèi)人士也指出，單純的要求動力電池滿足能量密度的單一指標(biāo)意義不大，還要綜合考量動力電池的安全性、循環(huán)壽命和成本等多重要素，否則不利于高比能動力電池的產(chǎn)業(yè)化。

?動力電池能量密度顯著提升

在補貼政策的刺激之下，中國動力電池技術(shù)快速發(fā)展，本土動力電池企業(yè)的電池能量密度在2015年至2018年呈現(xiàn)持續(xù)快速上升趨勢。

高工鋰電結(jié)合2018巡回調(diào)研以及梳理新能源汽車推進(jìn)目錄等情況發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前動力電池企業(yè)量產(chǎn)的三元電池單體比能量普遍達(dá)220wh/kg-240wh/kg左右，系統(tǒng)能量密度達(dá)到140wh/kg-160wh/kg，相比2017年年初單體比能量200wh/kg，系統(tǒng)能量密度120wh/kg有較大提升。

在提升能量密度方面，電池企業(yè)主要采用了改進(jìn)材料和體系和PACK輕量化兩大路徑。

其中，三元電池主要從此前的NCM523向NCM622再向NCM811/NCA邁進(jìn)，對能量密度的提升作用較為明顯；而磷酸鐵鋰電池能量密度提升主要是采用做大電芯殼體尺寸，優(yōu)化PACK結(jié)構(gòu)設(shè)計，減輕結(jié)構(gòu)件重量等輕量化手段，在正極材料方面的優(yōu)化空間較為有限。

具體來看，磷酸鐵鋰電池系統(tǒng)能量密度普遍已經(jīng)達(dá)到140wh/kg左右，國能電池甚至達(dá)到了150wh/kg以上，主要應(yīng)用在新能源客車領(lǐng)域；而三元電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到150wh/kg或?qū)⒊蔀槌B(tài)，比亞迪、妙盛動力、遨優(yōu)電池、力神電池、哈光宇等電池企業(yè)甚至率先突破了160wh/kg。

有多位動力電池企業(yè)高層對高工鋰電表示，公司今年計劃量產(chǎn)單體比能量260wh/kg的電池產(chǎn)品，系統(tǒng)能量密度將提升至170wh/kg-180wh/kg左右，新一代高比能動力電池正在研發(fā)當(dāng)中，計劃于2020年量產(chǎn)。

?高鎳三元+硅碳實現(xiàn)300wh/kg目標(biāo)

值得注意的是，盡管近兩年中國動力電池技術(shù)已經(jīng)得到顯著提升，但距離國家相關(guān)政策制定的目標(biāo)還存在較大差距。

根據(jù)《中國制造2025》、《促進(jìn)汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》以及《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，到2020年，我國動力電池單體比能量要達(dá)到300wh/kg以上，力爭實現(xiàn)350wh/kg，系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到260wh/kg、成本降至1元/瓦時以下。

而此前國家發(fā)展和改革委員發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定(征求意見稿)》(以下簡稱《意見稿》)更是明確指出，新建車用動力電池單體/系統(tǒng)投資項目擬生產(chǎn)的產(chǎn)品，除滿足國家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，還應(yīng)滿足能量型電池單體比能量不低于300wh/kg，系統(tǒng)比能量應(yīng)不低于220wh/kg。

毫無疑問，對比當(dāng)前主流電池企業(yè)的電池能量密度水平，要達(dá)到單體300wh/kg，系統(tǒng)220wh/kg的目標(biāo)存在較大難度，在短期內(nèi)也難以實現(xiàn)，對電池企業(yè)而言是巨大的壓力和挑戰(zhàn)。

不過，也有業(yè)內(nèi)人士樂觀認(rèn)為，2020年動力電池單體比能量達(dá)300wh/kg可以實現(xiàn)，電池企業(yè)不必過于擔(dān)心政策的影響。

以《意見稿》為例，國家科技成果轉(zhuǎn)化基金新能源汽車創(chuàng)業(yè)投資子基金執(zhí)行事務(wù)合伙人方建華認(rèn)為，鑒于目前國內(nèi)動力電池產(chǎn)能結(jié)構(gòu)性過剩嚴(yán)重，電池企業(yè)技術(shù)水平良莠不齊，國家通過設(shè)定一個技術(shù)指標(biāo)倒逼電池企業(yè)技術(shù)升級較為可行。

“電池企業(yè)通過技術(shù)升級、產(chǎn)線改造、材料體系優(yōu)化等措施，我認(rèn)為三元電池在2020年左右可以實現(xiàn)300wh/kg的要求。”方建華對高工鋰電表示，動力電池企業(yè)投建項目采用備案制，技術(shù)上達(dá)到即可申報備案。從電池技術(shù)發(fā)展趨勢來看，當(dāng)前申報的項目到2020年建成投產(chǎn)，三元電池達(dá)到300wh/kg的難度應(yīng)該不大。

與此同時，包括中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高，國家“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目總體專家組專家肖成偉等專家也認(rèn)為，高鎳三元正極搭配硅碳負(fù)極材料體系的鋰離子電池，單體比能量可以達(dá)到300wh/kg，但安全性尤其是過充安全性挑戰(zhàn)大。

事實上，當(dāng)前已有寧德時代、國軒高科和力神電池等多家電池企業(yè)開發(fā)出了電芯單體比能量達(dá)300wh/kg的樣品，技術(shù)路線都是高鎳三元+硅碳負(fù)極，采用軟包封裝。同時包括比亞迪、遨優(yōu)電池、桑頓新能源、捷威動力等多家電池企業(yè)也積極研發(fā)300wh/kg的產(chǎn)品。

根據(jù)產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，上述電池企業(yè)300wh/kg產(chǎn)品的量產(chǎn)時間都計劃在2020年左右，與國家政策提出的目標(biāo)相吻合。

值得注意的是，單純的只對電池能量密度提出指標(biāo)對電池技術(shù)路線發(fā)展，市場競爭和產(chǎn)品質(zhì)量等方面也會產(chǎn)生不利影響。

“根據(jù)國家指標(biāo)，只有高鎳三元電池、富鋰錳基或其它新型電池技術(shù)才能滿足，這就把磷酸鐵鋰、錳酸鋰等技術(shù)路線排除了，這對動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展而言是不合適的?！?/p>

方建華的建議是，一方面電池企業(yè)可以積極參與征求意見，提出合理意見；另一方面，《意見稿》要針對不同的電池技術(shù)路線和應(yīng)用場景進(jìn)行分類，對能量密度要求作出合理調(diào)整。