动力电池材料发展态势向好 整体技术创新任重道远

　　【中国智能制造网 智造快讯】当前动力电池用四大关键材料的国产化率均超过80%，其中负极、电解液的国产化率更是高达98%，正极材料的国产化率超过95%，电池隔膜国产化率超过80%。　　动力电池技术的提升，很大程度上决定着我国新能源汽车产业是否能真正从示范到落地。而技术的提高许多是来自材料的开发与改进，研发新的材料体系成为动力电池提升发展的关键。厘清国内外动力电池材料行业呈现出的明显特征，针对性地进行研发投入及改进，将有助于提升本土动力电池企业制造水平。
　　
　　目前，动力电池正处于变革和技术升级的过程中。国家工业与信息化部部长苗圩在“国家动力电池创新中心”成立大会上指出，“通过协同技术、装备、人才、资金等资源，打通技术研发供给、转移扩散和商业化的链条，为实现动力电池技术突破，支撑新能源汽车产业发展提供战略支撑。一语道破动力电池产业发展的核心所在。”
　　
　　新材料驱动动力电池技术革新
　　
　　锂电池的基本组成包括外壳、正极材料、负极材料、隔膜、电解液等。其中正极材料对于锂电池的能量密度、安全性、循环寿命等起着决定性作用。动力电池的性能优化往往依托于正极材料的技术突破。
　　
　　业内专家表示，动力电池正极材料将沿着高电压、高安全性和低成本的方向发展。磷酸铁锂、锰酸锂、磷酸铁锰锂、NCM三元材料、NCA三元材料、镍锰酸锂等正极材料将进一步发展成熟，其安全性和成本将进一步完善。
　　
　　在负极材料领域，诸如石墨烯、碳化硅等新型负极材料将逐步成熟，且具备快充快放的钛酸锂负极材料的应用将更加广泛，预计到“十三五”末期，我国负极材料的出货量将超过15万吨，成为大的负极材料生产国。
　　
　　近年来，石墨烯等新型负极材料的研发与应用受到业界关注。研究表明，将石墨烯应用于锂离子电池负极材料中，可以大幅度提高负极材料的电容量和大倍率充放电性能。不少企业、高校和研究机构正在积极开展石墨烯材料的研究工作，石墨烯负极材料的产业化进程也在积极推进之中。
　　
　　比亚迪在新电池技术、新材料研发上走在前列。关于新电池材料技术路线，比亚迪目前是磷酸铁锂方向，但未来也将研发探索其它新技术。当前，国内动力电池主要为磷酸铁锂电池或三元电池，而三元电池的续航里程和储能强于传统锂电池，多家国内主流汽车厂商表示已生产和使用三元电池。
　　
　　国内动力电池材料发展态势向好
　　
　　动力电池材料对于提升电池能量密度起到至关重要的作用。数据显示，当前动力电池用四大关键材料的国产化率均超过80%，其中负极、电解液的国产化率更是高达98%，正极材料的国产化率超过95%，电池隔膜国产化率超过80%。主要是因为国内动力电池体系开发较早，且综合性能要求相对较低，国产材料水平近几年稳步提升，在一致性、批次稳定性方面进步较快，能满足国内电池企业需求。
　　
　　2015年下半年至今，国内锂电中上游多种材料处于价格大幅增长态势，比如碳酸锂、六氟磷酸锂、铜箔、磷酸铁锂、湿法隔膜等。而伴随材料价格的大幅增长，材料毛利率也大幅回升，进而吸引多家企业积极扩产及新进入者。今年1-9月，国内四大材料的投资额超过350亿元，其中正极材料、隔膜成投资热点。
　　
　　业内专家分析，我国已经成为大的动力电池生产与需求大国，但国内动力电池技术和质量与日韩相比仍存在差距，主要体现在能量密度、产品一致性、产品稳定性、故障率等方面。
　　
　　北汽新能源工程研究院常务副院长李玉军表示，随着新型材料的开发，动力电池体系将按照三个阶段发展，2020年以前，将以三元/石墨体系为主；2020至2030年，以富锂层状氧化物/硅基为主；2030年以后以锂/空气电池为主。
　　
　　对于动力电池材料发展，业内专家提出，要提升电池材料性能，实现技术突破。例如发展高能量密度电极材料(富镍、富锰三元正极材料；硅基、金属锂负极材料等)；高安全电池材料(阻燃型电解液、陶瓷隔膜等)；新型电池体系材料(锂硫电池、锂空气电池材料等)。
　　
　　此外，还要通过政策优惠等措施吸引上游电池材料生产，中游电芯、电池组和电池系统生产，下游电动汽车等应用企业积聚，形成有特色、有竞争力的产业集群。
　　
　　美日韩动力电池技术更新速率提升
　　
　　近期，特斯拉100kWh车型通过欧盟认证机构RDW的评估。这意味着ModelS/X100D车型即将问世，其续航里程理论值将达到613km(基于NEDC标准)。
　　
　　埃隆·马斯克曾指出，特斯拉的续航要以每年5%的速度增加。试想在100kWh的电池组中，不改动电池组结构的情况下，单个电芯的容量要提升至3.9Ah，才有可能实现100kWh的容量。业界猜想特斯拉已经与松下研发出了3.9Ah的18650电芯，而这归功于阳极中的材料——硅。
　　
　　在技术研发方面，韩国蔚山科学技术院近期开发出二次电池的阴极材料，可将现有电池容量提高45%，即电动汽车的续航里程在目前200多公里的基础上至少增加100公里。该研究组通过开发替代现有电池使用石墨电极的“石墨—硅复合材料”，成功增加了电池容量。业界预计，这类新电池的批量生产较容易，未来将具有较强的价格竞争优势。
　　
　　日本已研发出不需要稀有金属钴的锂电池新材料，并试制出了新型锂电池。以松下电器京都大学教授吉田润一为首的研究团队，利用锂和碳开发出了有机新材料，并成功试生产出非钴电极材料的新型锂电池。锂电池有望摆脱对钴的依赖，大大降低生产成本。
　　
　　这种新型材料生产的锂电池的另一优势是电池寿命更长、衰减率更低。实验结果显示，该新型材料生产的锂电池充放电100次，但电池容量的衰减不超过20%。松下电器计划改良这种新材料，希望将电池充放电次数提高到500次至1000次，然后进行商品化生产。
　　
　　动力电池整体技术创新任重而道远
　　
　　动力电池技术是伴随着争辩发展起来的。对此，标准的起草者、制定者和参与其中的电池企业，都深有感触。
　　
　　首先是材料体系之争，尤其是三元和磷酸铁锂。没有不好的材料，不好是因为没找到它佳的生存空间。实际数据表明，磷酸铁锂适合在大巴上应用，三元材料在乘用车上优势明显。
　　
　　关于尺寸之争。国内虽然有推荐标准QCT840-2010，但由于代表性不足，抑或考虑尚需完善等问题，采用率低；欧洲有VDADIN-91252，德系车企均要求按此标准提供电池，国内很多电池厂也按照该标准的尺寸开发电池。
　　
　　再次是容量之争。动力电池发展伊始，在容量方面似乎是做得越大越有水平，但从目前的工艺控制和技术水平来说，缺乏科学依据，对于容量的合理阈值，应该是基于材料体系、尺寸设计和工艺水平综合平衡下的值。
　　
　　还有形状之争。卷绕小电芯已作为标准产品在大批量应用，具有自动化生产设备成熟、工艺稳定、一致性好等特点；硬壳方形具有外形尺寸精度高，耐压程度强等优点；软包装电池具有安全防控性好，柔性化设计程度高等优点。究竟采用哪种形状电池，需要从电池角度、模块设计和成组技术方面予以综合考虑。
　　
　　虽然有多重争论和声音，但整个行业并没有停止对新材料和新技术的探索，可以肯定的是，高能量密度和更安全的性能永远是企业试图平衡的两大课题，而高能量密度是我国“十三五”规划动力电池的核心技术指标之一。
　　
　　从新能源客车暂停三元锂电池应用，到动力电池目录的发布，包括禁止动力电池产业合资等，政府正积极为动力电池技术发展留出时间和空间。企业应该利用这个时机，实现动力电池技术的大发展。国内动力电池行业更应该将目光从价格战和政策补贴上移开，转向走切实提高动力电池性能的“技术路线”。
　　
　　（原标题：聚焦：国内动力电池材料发展态势向好）