新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要科技創(chuàng)新提供動(dòng)力。每一種鋰電技術(shù)流派都有其適用的應(yīng)用領(lǐng)域，未來將在產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐中逐步改進(jìn)。

根據(jù)工信部公布的數(shù)據(jù)，2016年，我國新能源汽車產(chǎn)量為51.7萬輛，僅占汽車行業(yè)總產(chǎn)量（2,811.9萬輛）的1.84%左右。相對(duì)于傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車還處于發(fā)展初期，目前仍存在某些問題，比如續(xù)航里程短、充電時(shí)間長、安全性不夠等。在電動(dòng)汽車的結(jié)構(gòu)中，電池的地位舉足輕重。我們判斷，未來電池將更加注重高比能、輕量化、快充、安全等性能，業(yè)界也在嘗試各種材料，針對(duì)表15中的不同應(yīng)用研制合適的電池。

關(guān)于未來幾年動(dòng)力鋰電池的發(fā)展趨勢，我們做了一些研究，分享如下，歡迎讀者與我們互動(dòng)探討。

趨勢一：負(fù)極將是能量密度提升的關(guān)鍵

2017年4月6日，工信部、發(fā)改委、科技部聯(lián)合印發(fā)《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》。近年來我國新能源汽車技術(shù)水平大幅提升，產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速擴(kuò)大，產(chǎn)業(yè)鏈日趨完善，有望成為搶占先機(jī)、趕超發(fā)展的突破口。我們認(rèn)為，《規(guī)劃》的出臺(tái)對(duì)于規(guī)范引導(dǎo)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要意義。對(duì)于動(dòng)力鋰電池，該《規(guī)劃》提出，到2020年，新能源汽車年產(chǎn)銷達(dá)到200萬輛，動(dòng)力電池單體比能量達(dá)到300瓦時(shí)/公斤以上，力爭實(shí)現(xiàn)350瓦時(shí)/公斤，系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到260瓦時(shí)/公斤、成本降至1元/瓦時(shí)以下。到2025年，新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上，動(dòng)力電池系統(tǒng)比能量達(dá)到350瓦時(shí)/公斤。我們認(rèn)為，上述目標(biāo)將促使產(chǎn)業(yè)界通過新材料應(yīng)用、工藝改進(jìn)等方式提升動(dòng)力電池性能。

目前鋰離子電池負(fù)極材料主要包括石墨碳、硅的復(fù)合物、錫與碳的復(fù)合物、鈦氧化物、金屬鋰等，主要的性能指標(biāo)比較如表16所示，其中，硅/錫/碳、金屬鋰的比容量相對(duì)于石墨實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的提升，將是未來高比能鋰電的新選擇，而鈦氧化物（鈦酸鋰材料）主要提高循環(huán)及快充性能。

國外許多電池公司早就開始嘗試新的負(fù)極材料，例如松下、ENEVATE、amprius等已開始生產(chǎn)以硅碳復(fù)合物為負(fù)極的鋰離子電池，ionic、OXis、SionPower等開始生產(chǎn)鋰硫電池，SolidEnegy等開始探索以鋰金屬為負(fù)極的高鎳三元電池，能量密度已經(jīng)達(dá)到400～500Wh/kg，如圖15所示。

趨勢二：軟包電池將是電池輕量化趨勢

目前鋰離子電池主要方形、圓柱、軟包三大類，其中方形和圓柱的外殼主要采用鋁合金、不銹鋼等硬殼，而軟包的外殼則采用鋁塑膜，這是他們的本質(zhì)區(qū)別，如表17所示，性能方面軟包鋰電池的主要優(yōu)勢包括：

（1）安全性能好：軟包電池電解液較少漏液，且在發(fā)生安全隱患的情況下軟包電池會(huì)鼓氣裂開，而不像硬殼電池那樣內(nèi)壓過大會(huì)發(fā)生爆炸；

（2）重量輕：軟包電池重量較同等容量的鋼殼方形電池輕40%，較鋁殼方形電池輕20%；

（3）電池容量大：軟包節(jié)約體積20%，較同等規(guī)格尺寸的鋼殼電池容量高50%，較鋁殼電池高20～30%；

（4）循環(huán)性能好：軟包電池的循環(huán)壽命更長，100次循環(huán)衰減比鋁殼少4%～7%；

（5）內(nèi)阻小：軟包電池的內(nèi)阻較鋰電池小，國內(nèi)最小可做到35mΩ以下，極大地降低電池的自耗電；

（6）設(shè)計(jì)靈活：可根據(jù)客戶需求定制外形，可以做更薄，普通鋁殼只能做到4mm，軟包可以做到0.5mm。

我們認(rèn)為，在性能方面軟包電池更具綜合優(yōu)勢，未來應(yīng)用前景廣闊：

1）軟包電池更輕更薄，適合便攜式、對(duì)空間或厚度要求高的應(yīng)用領(lǐng)域，例如3C消費(fèi)類電子產(chǎn)品；

2）雖然方形電池的單體容量高，但又重又大，而軟包電池在能量密度方面優(yōu)勢明顯，而且目前單體電芯也在往大容量、高倍率方向發(fā)展，將更符合新能源汽車等領(lǐng)域?qū)σ苿?dòng)電源的要求；

3）雖然圓柱電池的生產(chǎn)工藝成熟、能量密度優(yōu)勢明顯，但由于單體電芯的容量很小，故相同容量大小的電池Pack需要更多的電芯，例如特斯拉ModelS的電池Pack容量為85kWh，大約有7000多顆18650型圓柱電芯，這對(duì)電池管理系統(tǒng)BMS要求非常高，且電芯一致性較難控制，所以系統(tǒng)能量密度相對(duì)單體電芯下降比較明顯，而軟包電池的單體容

量大，對(duì)BMS的要求較低，介于國內(nèi)甚至全球大多數(shù)BMS配套能力有限，大容量的電池Pack不會(huì)過多采用圓柱電池，另外，圓柱電池因能量密度太高導(dǎo)致安全性較差，且硬殼導(dǎo)致內(nèi)壓大，常發(fā)生爆炸事件，則軟包電池則具有明顯優(yōu)勢。

全球動(dòng)力電池廠商中有超過6成采用了方形電池結(jié)構(gòu)，代表車型包括三菱iMiEV，寶馬i3，豐田Pruis等；而特斯拉ModelS采用的松下18650型電池則是圓柱動(dòng)力電池的代表；軟包電池的占比高于圓柱，代表車型則是日產(chǎn)Leaf、通用雪佛蘭Volt、寶馬等，如表18所示，主要供應(yīng)商有日本AESC、LG化學(xué)、A123等。

這些年國內(nèi)如東風(fēng)、眾泰、北汽新能源、比亞迪等主流電動(dòng)車企也紛紛開始嘗試軟包動(dòng)力電池，主要供應(yīng)商有ATL、微宏動(dòng)力、多氟多、中航鋰電、卡耐新能源等，近期億緯鋰能、山東恒宇、蘇州宇量等也開始大力投建軟包動(dòng)力電池生產(chǎn)線。我們認(rèn)為，隨著電池路線的發(fā)展，軟包的滲透率將不斷提升，未來市場份額有望達(dá)到40%～50%。布局軟包電池的相關(guān)標(biāo)的包括（但不限于）：多氟多、億緯鋰能等。

趨勢三：鈦酸鋰電池引領(lǐng)鋰電快充時(shí)代

目前商業(yè)化的鋰電負(fù)極材料主要采用石墨碳，其指標(biāo)性能優(yōu)勢比較均衡，如圖16所示，但是碳電極與金屬鋰的電位接近，當(dāng)電池過充電時(shí)容易在碳電極表面析出金屬鋰形成鋰枝晶，鋰枝晶會(huì)刺穿隔膜引起短路等造成安全隱患問題。同時(shí)，碳負(fù)極電池在首次化成時(shí)電極表面還原形成表面膜（SEI膜），SEI膜的形成和修復(fù)過程會(huì)消耗電解液，造成不

可逆容量加大，電池衰減加劇從而影響電池使用壽命。鈦酸鋰則恰好彌補(bǔ)了石墨的一些缺陷，具有以下優(yōu)勢：

1）高安全性，插鋰電位高（1.55V），不生產(chǎn)鋰枝晶，充電態(tài)和放電態(tài)下都具有極高熱穩(wěn)定性；

2）長壽命，零應(yīng)變材料，壽命極長（可達(dá)多3萬次以上），不姓陳傳統(tǒng)意義上的SEI膜；

3）可快充，尖晶石型結(jié)構(gòu)，十倍于鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，充電時(shí)間僅需6～15分鐘；

4）溫度范圍廣，-40~60℃可充可放，DOD≥60%；

5）低成本，可用鋁箔作集電極，生產(chǎn)成品率高。

目前已具備鈦酸鋰電池生產(chǎn)能力的國內(nèi)企業(yè)包括湖州微宏動(dòng)力有限公司、珠海銀隆新能源有限公司、中信國安盟固利電源技術(shù)有限公司、安徽天康（集團(tuán)）股份有限公司等，產(chǎn)品要應(yīng)用于快充型純電動(dòng)客車、插電式混合動(dòng)力客車、雙源無軌電車等。

趨勢四：全固態(tài)電池將突破能量密度瓶頸

全固態(tài)鋰電池具有安全性能高、循環(huán)壽命長、工作溫度范圍寬、無需隔膜等優(yōu)點(diǎn)，除此之外，相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池還具有以下優(yōu)勢：

①固體電解質(zhì)具有較高的電化學(xué)窗口，適應(yīng)于高電壓型電極材料，并可通過多層堆垛技術(shù)實(shí)現(xiàn)內(nèi)部串聯(lián)，獲得更高的輸出電壓；

②全固態(tài)鋰電池全部使用固體材料，具有更高的封裝效率，且采用物理方法制備，類似半導(dǎo)體工藝，具備成熟的生產(chǎn)方式；

③可制備薄膜電池和柔性電池，未來可應(yīng)用于智能穿戴和可植入式醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域。目前全固態(tài)電池的主要缺點(diǎn)在于單體容量較小、電導(dǎo)率較低、成本暫時(shí)較高。

將來若要把鋰電池的能量密度提升到500Wh/kg以上，需要新的變革性蓄電技術(shù)，比如，鋰硫電池、鋰空電池，這兩類電池的負(fù)極都是金屬鋰，正極活性物質(zhì)分別是硫或空氣。可充放鋰硫電池和鋰空電池的研究都已經(jīng)經(jīng)歷了數(shù)十年，由于之前一直采用液體電解質(zhì)，金屬鋰負(fù)極的穩(wěn)定性難以解決，隨著固態(tài)電池的應(yīng)用，這一問題將得以克服。

國內(nèi)在全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域的拓展還處于初期階段，主要有以下企業(yè)在推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化：

1）珈偉股份，通過與哈佛等一流大學(xué)的科學(xué)家合作，采用材料基因組技術(shù)，成功研制出高性能的全固態(tài)鋰電池（有機(jī)無機(jī)摻雜），目前已建成中試線進(jìn)行小批量生產(chǎn)，能量密度達(dá)到300Wh/kg，公司將投入10-12億建設(shè)一期2～2.5億安時(shí)產(chǎn)能，預(yù)計(jì)2017年底或2018年初投產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)年收入20億元，后續(xù)計(jì)劃再投入40-50億建設(shè)二期10億安時(shí)產(chǎn)能，可實(shí)現(xiàn)年收入80-100億元；

2）中天科技集團(tuán)，2015年5月與中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所簽訂“高性能固態(tài)鋰金屬電池的開發(fā)”協(xié)議，計(jì)劃用三年的時(shí)間合作開發(fā)高安全性單體容量為10Ah的全固態(tài)鋰電池，能量密度大于250Wh/kg；

3）贛鋒鋰業(yè)，2016年11月與中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所簽訂“高鋰離子電導(dǎo)率固體電解質(zhì)材料中試技術(shù)研發(fā)”的成果產(chǎn)業(yè)化合作協(xié)議。

此外，蘋果、谷歌等國外多家研究機(jī)構(gòu)也在進(jìn)一步研發(fā)全固態(tài)薄膜電池，其與一般的薄膜電池的比較如表19所示，其循環(huán)壽命、能量密度、安全性等方面都具有較大優(yōu)勢。

趨勢五：鋰離子超級(jí)電容將突破功率密度瓶頸

鋰離子超級(jí)電容器是根據(jù)非對(duì)稱型電化學(xué)超級(jí)電容器的思路，一極是雙電層電極，另一極則采用二次電池的電極，電極過程存在法拉第反應(yīng)，通過加入二次電極，可以大大提高電容器的能量密度，如圖17所示。

性能方面，鋰離子超級(jí)電容在功率密度方面相當(dāng)突出，且循環(huán)壽命相當(dāng)長，如表20所示，可滿足快充快放、多充多放的需求，比如飛機(jī)、軌交等領(lǐng)域，是能量短時(shí)間回收再釋放的良好載體。

布局鋰離子超級(jí)電容的相關(guān)標(biāo)的包括（但不限于）：江海股份、中國中車。

據(jù)媒體報(bào)道，中國中車新能源（超級(jí)電容）全球研發(fā)制造基地開工奠基儀式于2016年底在寧波中車產(chǎn)業(yè)基地內(nèi)舉行，計(jì)劃總投資18億元，前期已投資近5億元，本次建設(shè)投資1.99億元人民幣，建筑面積3.5萬平方米，擬于2018年2月建成投產(chǎn)，同時(shí)規(guī)劃建立國家級(jí)超級(jí)電容研究中心和國家級(jí)實(shí)驗(yàn)室，并打造成為國際先進(jìn)的智能化制造工廠。

圖18為正在充電的中國中車鋰離子超級(jí)電容公交車。

新能源汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展還有很長的路要走。這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅需要政策推動(dòng)，更需要科技創(chuàng)新提供動(dòng)力。我們認(rèn)為，前文所述的每一種鋰電技術(shù)流派都有其適用的應(yīng)用領(lǐng)域，在產(chǎn)業(yè)化實(shí)踐摸索中，這些技術(shù)將持續(xù)獲得改進(jìn)。