提高锂电池性能能量密度是关键吗？

来源：宝鄂实业 2019-06-21 15:38 点击量：次

“十二五”以来，中国新能源汽车市场快速增长。从2011年到2016年，新能源汽车销量从不足5000辆发展到51万辆，保有量从1万辆提升到100万辆，2016年新能源汽车销量已经超过汽车总销量的1.8%。在新能源汽车产业快速发展的带动下，动力电池需求量持续增加。中国电动汽车百人会相关课题报告显示，今年一季度国内电动汽车锂离子电池需求总量为1.27GWh，动力电池累计出货量4018.273MWh。随着新能源汽车产销量的持续增长，锂电池的市场需求将会持续扩张。

在技术研发逐步深入和市场竞争日益激烈等因素的影响下，动力电池类型也逐步确立。受动力电池不同生产工艺要求的影响，预计2017年软包电芯将继续坐稳产量和增速第一的位置。同时，随着动力电池厂特别是国轩、比亚迪等领军企业大规模扩充方形动力电芯产线，2018年，方形电芯将取代软包电芯成为市场应用最多的电池类型。从搭载的动力电池情况来看，受政策影响，新能源客车现有电池技术路线基本已定，磷酸铁锂电池在纯电动客车领域占据绝对优势，三元电池在纯电动乘用车领域占主导地位。

与此同时，随着电池技术研发的深入，锂离子动力电池系统的比能量在逐年提升，成本在逐年下降。中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高说：“动力电池在过去5年间比能量提高了近一倍，成本也下降了，预计到2020年成本将降到1元/瓦时。”

欧阳明高还表示，近些年动力电池在安全性方面也取得了重大进展。“电池最容易发生事故的不是一个单体热失控，而是一个单体热失控之后的整个系统扩展，这就会造成大事故。在这方面，我们国内做的工作在全球是领先的，现在在电池设计阶段就可以预测其热失控特性。”欧阳明高说。

决胜市场尚存难点

2016年，中央财政对新能源汽车的补贴政策开始收紧，产业政策由普惠制向促进技术创新转变。受此影响，新能源汽车产销情况一度出现波动，锂电池前期迅猛增长的市场效应也开始显现，在多重因素影响下，锂电池出现产能过剩局面，一些中小企业已经处于停产或者半停产状态。与此同时，锂电池市场集中度进一步提高，2015年，前5强企业市场占比56.3%，2016年这一比例提升到了64.5%。中国汽车技术研究中心副主任吴志新认为，当前的产能过剩是结构性过剩、阶段性过剩，“真正好的电池产品仍然供不应求，对快速发展的新能源汽车产业来说，未来依然存在产能需求旺盛的可能”。

尽管新能源汽车产销量连年上升，但要想在市场竞争中与燃油车抗衡，新能源汽车还需进一步提升性价比。所谓性价比就是里程成本比，这一提升需要电池性能的改进、整车电耗的下降和效率的提升、充电设施的便利化以及安全管理，其中最重要的是提升电池性能。据测算，如果电池比能量可提升到300瓦时/公斤，就能够满足各类轿车的使用需求。多位业内专家表示，降低电池成本需要全产业链发力，重点环节突破。以原材料环节为例，碳酸锂的成本已经低至1.3万元/吨，但是市场售价超过15万元/吨。此外，生产制造的良品率和一致性的提高、材料回收和再循环等问题都是影响电池成本的重要因素。

欧阳明高告诉《经济日报》记者，当前新能源汽车的安全性控制依然存在挑战，“我建议评估大功率直流快充的安全性技术门槛，350千瓦的充电，电动汽车的电压就会提高到1000伏，充电电流350安，这会给整车电气安全、电池安全、充电安全、电网安全带来重大技术挑战，所以我们要充分考虑中国国情，制定科学合理的充电技术标准”。

产业提质仍有空间

工业和信息化部工业装备司副司长瞿国春则表示，我国动力电池产业在基础关键材料、系统集成技术、制造装备和工艺等方面还存在很大欠缺。针对当前动力电池产业存在的问题，瞿国春表示，应从两方面入手。一是加大动力电池关键技术攻关，搭建协同攻关、开放共享的动力电池共享平台，支持引入优质资源，加快推动动力电池创新中心的建设。二是推动全产业链协同发展。促进动力电池与材料零部件、装备、整车等产业协同发展，推动自主、可控、协调、高效适应发展目标的产业链体系建设；鼓励动力电池生产企业与装备生产企业强强联合，加强关键环节制造设备的协同攻关；促进智能化制造成套装备产业化，有效满足动力电池生产制造等需求。

中国汽车技术研究中心新能源汽车与财税政策研究室副主任方海峰表示，现阶段整个动力电池产业对政策的依赖过重，标准体系也有待完善，在动力电池产品的标准化，以及推动产业可持续发展的一些政策监管、标准制定等方面，还需要进一步研究。

作为企业代表，宁德时代新能源科技股份有限公司联合创始人、副董事长李平认为，政策的可预期性对于企业的发展十分重要，“所以政策怎么调整、用什么方法替代原有政策，应该提前研究”。能量密度(Energy density)是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池的能量密度一般分重量能量密度和体积能量密度两个维度。

电池重量能量密度=电池容量×放电平台/重量，基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)。

电池体积能量密度=电池容量×放电平台/体积，基本单位为Wh/L(瓦时/升)。

电池的能量密度越大，单位体积、或重量内存储的电量越多。

什么是单体能量密度?

电池的能量密度常常指向两个不同的概念，一个是单体电芯的能量密度，一个是电池系统的能量密度。

电芯是一个电池系统的最小单元。M 个电芯组成一个模组，N 个模组组成一个电池包，这是车用动力电池的基本结构。

单体电芯能量密度，顾名思义是单个电芯级别的能量密度。

根据《中国制造2025》明确了动力电池的发展规划：2020年，电池能量密度达到300Wh/kg;2025年，电池能量密度达到400Wh/kg;2030年，电池能量密度达到500Wh/kg。这里指的就是单个电芯级别的能量密度。

什么是系统能量密度?

系统能量密度是指单体组合完成后的整个电池系统的电量比整个电池系统的重量或体积。因为电池系统内部包含电池管理系统，热管理系统，高低压回路等占据了电池系统的部分重量和内部空间，因此电池系统的能量密度都比单体能量密度低。

系统能量密度=电池系统电量/电池系统重量OR电池系统体积

什么限制了电池的能量密度?