动力电池“四座大山”：安全、续航、寿命、价格

安全、续航、寿命、价格，这是电动汽车与传统燃油车正面交锋时必须翻越的“四座大山”。而这“四座大山”，都与作为电动汽车“心脏”的动力电池直接相关。

在续航能力的提升上，包括合资品牌、自主品牌、新势力车企都在将车型开发重点往450km及更高的续航里程的产品上发力。这也给动力电池供应商带来了极大的压力。对此，电池企业一方面是加快比能量更高的高镍体系电芯的产品开发测试与产业化应用，而另一方面则已经通过推动电芯的大容量、大尺寸，再结合轻量化、无模组结构设计、简化电气设计等方式来提升系统级能量密度。

在安全性能的保障上，电动汽车在完成了从0到1之后，正在进入全面市场化的征途，而这个过程中，安全始终是一把高悬在顶的达摩克利斯之剑。2018年以来，电动汽车起火事故开始骤然增多，而据不完全统计，其中超过80％都是由于电池热失控引发，而这引发行业从材料体系选择、电芯设计与系统防护等环节来进行追溯与反思。对于电池企业而言，如何通过材料选择与控制、电芯级规格选型与设计、工艺革新与生产制造品质控制来保障电池安全，是眼下的“当务之急”。

在电动汽车生命周期内，用户最为关注的动力电池使用寿命。按照主流车企的规划，正在从8年16万公里的基础上，逐步向10年50万公里甚至更长的质保周期演进，这就对于动力电池的寿命提出了更高的要求。

而在价格维度上，在电动汽车价格上，动力电池的成本占到电动汽车成本的近50％，对此，车企已经给出了明确的方向，2020年电池系统成本达到100美元／Kwh，2025年达到80美元／Kwh以下。这个目标之下，正在倒逼动力电池企业通过多维度的方式来完成降本高压。

安全、续航、寿命、价格，要想翻越这“四座大山”，对于车企和动力电池供应商而言，最为紧要的就是通过电池环节的技术攻关与产品升级，来快速提升产品性能，使得电动汽车可以实现与传统燃油车的正面PK。

这其中，动力电池制造工艺的升级就是极为关键的一个环节。

一个必须正视的现实是，截至目前，动力电池目前的主流生产工艺，无论是以特斯拉和松下主导的圆柱路线，还是以三星、CATL主导的方形路线，仍还在沿用数码锂电时代的卷绕制造工艺。

不可否认，基于多年的技术沉淀和积累，卷绕工艺在生产设备、技术工艺、效率、成本等方面都具有明显的优势，但在车规级动力电池对于标准化、大容量和大尺寸的需求趋势下，卷绕工艺已经开始“力不从心”。

一方面，卷绕工艺下的电池内部结构不均一，充放电时电池的反应程度和内部速率不匀，不仅电池难以做大做厚，而且存在变形问题。而在能量密度的提升上，在导入硅系负极时，由于其易膨胀，加之卷绕式极组容易出现最内圈极片断裂问题，进而限制了硅材料添加量，进而对于能量密度提升效果有限，同时还存在较大的安全隐患，影响电池使用寿命。

在此背景下，叠片工艺具备内阻低、能量密度高、高倍率放电容量较高、不容易变形等综合优势，已经成为产业下一步发展的必然趋势。

按照叠片工艺生产出来的卷芯能够实现尺寸灵活，不受卷绕卷针结构的限制，层叠方式生产，极片的界面平整度高，未来在车规级动力电芯领域将得到广泛应用。

数据显示，和传统卷绕工艺电池相比，叠片工艺的电池边角处空间利用率更高，能量密度可提高5％；全生命周期更低变形和膨胀，循环寿命提升10％以上；边缘结构更简单，结构适应性更好，电池安全性更高。

尽管叠片工艺对于动力电池性能的提升优势明显，但摆在产业链企业面前的现实问题是，受制于设备、工艺、制造、效率等的瓶颈，叠片工艺在实际的产业化应用中还面临着诸多难题，这也成为动力电池行业发展过程中的阻碍。仅以叠片设备为例，其就面临三大困境，一是设备效率慢。目前叠片机行业效率普遍在0．8秒／片的效率。二是折叠过程中的对齐精度不高，从而影响电池的最终性能。三是产线连贯自动化程度偏低。对于动力电池企业而言，谁能在叠片工艺上率先突破，就意味着能在产业发展的滚滚洪流中脱颖而出。

据了解，松下、三星SDI、CATL等行业头部企业都有在2022年之后导入叠片工艺的计划，而作为长城控股旗下的新能源业务板块，蜂巢能源洞悉行业趋势，已在全球范围内率先将高速叠片工艺应用在方形电池，引领动力电池行业由传统的“卷时代”迈入面向未来的“叠时代”。

在动力电池领域，蜂巢能源从设立起就明确一个目标，以方形电池高速叠片工艺和车规级开发标准来做动力电池。其在全球范围内率先将高速叠片工艺创新应用于方形铝壳电芯。

在叠片工艺效率方面，据了解蜂巢一期产线已提升至单工位0．6S，二期可实现0．45S高速叠片，并且正在开发单工位0．25秒的超高速叠片工艺，成功开发后将超越卷绕工艺效率。

随着电动汽车、手机和其他电子设备的增多，废旧锂离子电池过剩的问题不断加重。莱斯大学（Rice University）研究人员找到一种方法，有利于解决这一问题。据外媒报道，莱斯材料科学家 Pulickel Ajayan及其同事，研发一种由氯化胆碱和乙二醇制成的环保低共熔溶剂，能够从常见的锂离子电池正极金属氧化物中，提取90％以上的钴。研究人员说，他们的目标是简化电池回收工艺，让它们远离垃圾场。

莱斯大学研究生、研究报告主要作者Kimmai Tran说：“以前有人尝试过用酸来做实验，虽然颇为有效，但具有腐蚀性，而且不环保，其他实验方法也有缺点。总的来说，回收锂离子电池通常费用很高，而且存在风险。这种低共熔溶剂的优点在于，能够溶解多种金属氧化物。它实际上是由鸡饲料添加剂和普通的塑料前体组成的，在室温下将它们混合在一起，会形成透明、相对无毒的溶液，具有较好的溶解性能。”

低共熔溶剂是两种或两种以上化合物的混合物，在比各自前体低得多的温度下凝固。她说，用这种方法，可以从简单的固体组合中获得液体。Tran说：“冰点和熔点的大幅度下降，是由于不同化学物质之间形成的氢键造成的。通过选择合适的前驱体，可以制出有趣的廉价‘绿色’溶剂。”

研究人员制造了小型原型电池。实验证明，该溶剂能够溶解钴和锂，同时将金属氧化物与电极中的其他化合物分离。他们发现，钴可以通过沉淀甚至电镀从共晶溶液中回收到钢网中，后一种方法使低共熔溶剂本身可能被再利用。

阿尔贡国家实验室的博士后研究员、莱斯的校友Marco Rodrigues表示：“我们专注于钴。锂也很有价值，但钴不仅在环境上稀缺，从社会角度来看，也很难获取。”他指出，美国能源部正在加大推进电池回收技术，最近还宣布成立一个锂离子电池回收中心，前进的道路需要继续努力。