中國新能源汽車用鋰電池產業現狀及發展趨勢

（山東海容電源材料股份有限公司 山東 256800）

近年來，隨著汽車行業產業結構的調整，新能源汽車的使用量逐年遞增，這種新能源汽車的出現，大大減少了傳統汽車的碳排放量，有效實現了綠色化出行。現階段，各個汽車生產廠家在鋰電池等儲能技術方面的投入日漸增多，推進了車用鋰電池產業的發展，取得了一定的發展成果，推進了新能源汽車的推廣和應用。

1.鋰電池的特點

鋰屬于一種金屬元素，其化學性質比較特殊，尤其是鋰的電負性非常突出。此外，鋰原子的還原電位甚至可以達到-3V。根據已有資料計算，1g鋰在轉化為鋰離子的過程中，其電荷數需要達到3860mAh。鋰元素的這一特征使得鋰電池的單體電壓要遠遠高出鎳氫電池。當然，鋰電池還存在著能量密度大、無記憶效應、充放電效率高、自放電效率低、可循環性的特征，基于鋰電池的這些特性，在純電動汽車領域，鋰電池有著非常突出的應用效果[1]。新能源汽車大多以電動汽車為主，其中，最為關鍵的是要進行動力系統的構建，鋰離子電池是動力系統的關鍵支撐，其動力電池以磷酸鐵鋰、鎳鈷錳三元、NCM鎳鈷錳等為主。鋰電池中不含有汞、鎘等重金屬元素，環境污染源相對較小，但是，鋰電池中存在正負極材料、電解質溶液等，將會對環境和人體健康產生不利影響。

2.新能源汽車動力鋰電池的配套使用情況

根據有關數據，截止到當前，我國的新能源汽車動力電池配套總量超過了198億Wh，其中，純電動車型動力電池配套量高達184億Wh，而其他為插電式混動車型動力電池配套量。根據當前的市場發展趨勢，實際配套量與市場需求量并不完全匹配，在當前新能源汽車需求日漸增加的過程中，動力鋰電池的市場發展潛力巨大[2]。從動力電池體系的實際情況來看，磷酸鐵鋰電池的性能較為穩定，且具有更高的安全性與可循環性，這一特性使得其在電動汽車領域的應用非常多，配套量甚至高達65%。

3.車用動力電池產業化技術發展方向

鋰離子電池正極材料需要達到以下的標準與要求：高電位、高電化學比容量、高熱能穩定性、強電子導電性、高的離子固相擴散速度、電解質中溶解等諸多的特性。在當前新能源汽車行業的快速發展過程中，鎳鈷錳鋰、磷酸鐵鋰等都已經充分經過了實際的驗證，這些材料的比能量、功率特性等完全可以達到混合動力車的現實需求，可以作為理想的正極活性材料。根據有關資料顯示，在2017年，磷酸鐵鋰材料的生產總量超過了70000t，雖然較2016年產量有所降低，但是，在未來同樣有著廣闊的發展前景。隨著技術的進步，未來的發展方向主要體現在：納米合成技術、摻雜技術的應用，有效通過這些技術來提高磷酸鐵鋰在高溫狀態下容量衰減的特性[3]。其次，在近幾年以來，國內的動力三元材料產量逐年增加，各個材料生產廠家擴大了三元材料的生產規模，正極材料中，高鎳低鈷是主要趨勢，如特拉斯動力電池目前鈷使用量低于3%。負極材料根據種類差異，主要以碳類和非碳類為主，前者中間相碳微球、人造石墨、天然石墨等的應用最多，尤其是天然石墨由于存在較大的比容量特性，且價格低廉，應用范圍非常廣，但是，天然石墨的容量稍微大些，超出了正常的使用標準，在未來的發展中，要加強對天然石墨的性能改進[4]。但是，石墨負極容量很難突破，很多廠家逐步轉向其他新材料的研究，也就出現了金屬氧化物與鋰金屬合金材料，可以通過硅碳的使用來解決石墨負極容量低的問題。

(1)中短期可實現的產業化電池體系

在當前的車用鋰電池產業發展過程中，發展方向非常多，且一些實現了產業化發展，比如，以磷酸鐵鋰作為正極材料、石墨作為負極材料時，隔膜材料選用PP和PE，部分采用涂層膜性，已經實現了商業化，且在未來還存在著較大的發展潛力，而如果在此過程中采用的是硅碳作為負極材料，尚處于研發階段，未取得明顯的發展成果。從當前的市場發展趨勢來看，新能源汽車乘用車的市場潛力巨大，隨著在鋰電池領域三元電池的安全性逐步得到了檢驗，再加上消費者對于續航里程要求有所提升、國家政策的支持，高鎳三元材料電池在未來將迎來新的發展。

(2)未來新的技術體系

現階段，雖然車用鋰電池產業的發展迅猛，但未來發展方向主要還是以純固態，氫能源為主，在這一方面，美國與加拿大的技術更為先進，在我國磷酸鐵鋰電池的發展過程中，常常會面臨很多的知識產權糾紛。磷酸鐵鋰電池在使用的過程中，由于其性能比較特殊，耐低溫性較差，材料一致性控制方面常常會存在諸多的問題，這就使得在整個的鋰電池體系中，磷酸鐵鋰電池的比能量最低，在汽車設計生產時，一般要在汽車上配套高比能量的動力電池產品，方能夠增加汽車的通行里程，因此，電池材料的創新是未來技術發展的主要趨勢。

在國際范圍內，鋰硫電池是熱點的研究議題，根據有關資料，以單質硫作為活性物質計算的理論比容量甚至可以達到1675mAh/g，和鋰配對電池的理論比能量更是達到了2600Wh/kg，相比較而言，以硫與金屬鋰形成的鋰/硫二次電池體系下的比能量更高，再加上原料來源相對較多，成本偏低，完全可以滿足電動汽車下對于動力電池的實際需求。現階段，雖然進行了大量的研究與開發，但是，鋰硫電池的可循環使用周期相對較短，在使用時的安全性不足，大電流放電性能較差，這些都是未來發展中需要解決的突出問題。

鋰空氣電池的理論比能量可以達到3500Wh/kg以上，鋰空氣電池在使用的過程中，正極采用的是空氣中的氧作為活性物質，在理論上正極容量趨于無限大，完全可以實現大容量的目的。與其他類型的電池相比，鋰空氣電池的比能量高、成本低、存在環境友好特性。在國際范圍內，空氣電極、電解液、催化劑等都在積極研發，但是，此類電池的放電性能較差、能量效率低下是短時間內無法解決的問題。

固態鋰離子電池是一種新型的化學電池，其在具體的應用過程中，主要是利用固態電解質取代傳統的有機電解液與隔膜，雖然其工作原理與傳統電池相類似，但是，卻有著傳統電池無法比擬的優勢：①固態鋰離子電池在使用時發生電解液腐蝕與泄露的安全隱患大大降低，熱穩定性相對較高；②不需要進行液體的封裝處理，完全可以滿足串行疊加排列和雙極結構的現實需求，能夠使得電池組內的無效空間大大減少；③多個電池串聯疊加可以實現，有效提升了單體電池電壓值；④電化學穩定窗口較寬，可以與很多的高電壓電極材料配合使用，滿足實際的使用需求，改變能量密度特性。

4.新能源汽車用鋰電池產業發展策略

(1)引進新型龍頭企業，開創產業新局面

在地區新能源汽車用鋰電池產業的快速發展過程中，要積極結合區域特色，引進龍頭企業，發揮龍頭企業在區域中的帶動作業。比如，中炬森萊企業是專門做電池的企業，其產業遍及鎳氫電池、鎳鉻電池和鋰電池、動力電池等諸多方面，在我國是較早涉及環保電池的企業，其所生產的電池在市場上的發展潛力非常巨大，鋰電池在動力電池市場上的占比非常高，我國的部分地區可以與該企業之間建立戰略聯系，積極通過企業引進來帶動區域新能源汽車用動力電池的發展。以中山市為例，大洋電機是新能源汽車產業方面的后起之秀，其在發展的過程中與北理工、北汽福田、北交大等開展了深度的戰略合作，在新能源汽車用鋰電池產業方面投入了很大的資金和技術，推進了車用鋰電池產業的進步，鋰離子電池是動力電池產業下的主要發展方向，各個地區都需要結合其區位優勢，積極開創和打造動力電池產業新局面。

(2)基于產業布局與產業鏈視角，積極引進配套企業

在區域發展的過程中，要成為新能源汽車龍頭企業，企業就必須要積極加大在土地、資源、人才方面的扶持力度，積極通過在這些方面的投入，來加大對新能源汽車用鋰電池產業的扶持。地區在產業發展的過程中，需從產業布局與產業鏈的視角出發，積極引進配套企業，使得龍頭企業可以與配套企業之間緊密合作，形成產業鏈配套，為各項技術創新與改進工作提供基本的配套設施支持，幫助區域構建區域合作配套企業模式。在配套企業中，中國寶安、佛山照明等均是可以選擇的企業，同時這些企業存在一定的技術競爭力，比如，中國寶安具有正極材料和負極材料的生產技術。

5.結束語

近年來，在可持續發展理念下，要實現節能減排的目標，新能源汽車行業的發展潛力巨大，尤其是車用鋰電池在當前的技術背景下已經取得了一定的發展成果，在未來隨著技術研發投入的增多，勢必會迎來嶄新的發展。