一、國內(nèi)動力電池的主要技術(shù)進(jìn)展

第一方面，面向300瓦時／公斤的電池，也就是2020年的電池。目前新能源汽車專項(xiàng)里面有三個團(tuán)隊(duì)，一個是寧德時代新能源、一個是天津力神、一個是合肥國軒。這三個團(tuán)隊(duì)目前基本上采用的技術(shù)路線大同小異，正極是高鎳三元，負(fù)極是硅碳負(fù)極，這個電池目前技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)接近應(yīng)用要求，也就是說2020年要產(chǎn)業(yè)化的300瓦時／公斤的電池取得了實(shí)質(zhì)性突破?，F(xiàn)在從比能量角度都已經(jīng)達(dá)到，像寧德時代新能源的產(chǎn)品循環(huán)壽命基本上在1000次左右，能量密度達(dá)到304瓦時／公斤，其他兩家也差不多。當(dāng)然還有部分企業(yè)安全性標(biāo)準(zhǔn)還沒有完全滿足。300瓦時／公斤的單體大概能做出200－210瓦時／公斤的電池系統(tǒng)，因?yàn)樗麄兓旧鲜擒洶姵?，不是方形電池?017年底、2018年初電池能量密度單體大概達(dá)到230瓦時／公斤左右，系統(tǒng)大約150瓦時／公斤左右。就是說在2018、2019年還需要再提高50—70瓦時／公斤．這個我認(rèn)為是可以做到的。至于350瓦時／公斤、260瓦時／公斤是我們力爭的目標(biāo)。

第二方面，面向2025年產(chǎn)業(yè)化，希望沖擊單體電池400瓦時／公斤。300瓦時／公斤實(shí)際上是負(fù)極從碳變成硅碳，到400瓦時／公斤時要變的是正極。目前可選的正極有好幾種，現(xiàn)在我們新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)取得突破性進(jìn)展的是高容量富鋰錳基正極材料。有兩個單位承擔(dān)了前沿基礎(chǔ)項(xiàng)目，一個是物理所，改善了富鋰錳基正極循環(huán)的電壓衰減。達(dá)到的指標(biāo)是100周之后電壓衰減降到了以內(nèi)，這是一個重大的進(jìn)展。另外一個是北京大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，首次研制出了比容量400毫安時／克的富鋰錳基正極，對于400瓦時／公斤應(yīng)該是沒有問題的，甚至可能達(dá)到更高。第三方面，更加前沿的，是固態(tài)電池。固態(tài)電池國內(nèi)有多家研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)單位在做，包括中科院青島能源所、寧波材料所，物理所等，還有寧德時代新能源、中航鋰電等。最近寧波材料所跟贛鋒鋰業(yè)合作，正在推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，計(jì)劃2019年量產(chǎn)。固態(tài)電池?zé)o疑是2017年全球電池領(lǐng)域最熱的一個技術(shù)名詞，所以下面我以固態(tài)電池為例，介紹全球動力電池技術(shù)熱點(diǎn)。

二、全球電池技術(shù)熱點(diǎn)：全固態(tài)電池技術(shù)

全固態(tài)鋰電池，這幾個詞每一個字都不能少、不能變。“全固態(tài)”跟“固態(tài)”是不一樣的，“鋰電池”和“鋰離子電池”不是一個概念。所謂“全固態(tài)鋰電池”是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài)、不含任何液態(tài)組份的鋰電池，所以全稱是“全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池”。全固態(tài)鋰電池又分成全固態(tài)鋰一次電池和全固態(tài)鋰二次電池，一次電池其實(shí)已經(jīng)有用的。全固態(tài)鋰二次電池又分成全固態(tài)鋰離子電池和鋰金屬電池，這兩個概念又要區(qū)別，所謂全固態(tài)金屬鋰電池，是其負(fù)極用的是鋰金屬，現(xiàn)在的負(fù)極用的是碳或者硅碳或者鈦酸鋰。

全固態(tài)鋰電池的概念比鋰離子電池出現(xiàn)的更早，鋰離子電池只出現(xiàn)了25年左右，是日本人發(fā)明的，真正到車上用就10多年，很年輕但是進(jìn)步很快。早期指的全固態(tài)鋰電池，都是指金屬鋰為負(fù)極的全固態(tài)金屬鋰電池，一說全固態(tài)往往是以鋰金屬為負(fù)極的，這就是以前的概念。全固態(tài)鋰電池有幾個潛在的技術(shù)優(yōu)勢，一是安全性高，因?yàn)樗鼪]有有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)引發(fā)電解液燃燒問題；二是能量密度高，需要說明的是，固態(tài)電解質(zhì)的密度和使用量高于液態(tài)電解質(zhì)，在正負(fù)極材料相同的時候，它的優(yōu)勢是不明顯的，當(dāng)然如果有了固態(tài)電解質(zhì)之后就沒有電解液泄漏問題，所以它可以一片片全部疊起來，不像我們非要搞一個軟包包起來，這樣體積比能量就會高。第三，正極材料選擇的范圍寬，因?yàn)樨?fù)極是鋰金屬，正極不含鋰都可以。還有，電解質(zhì)的電壓窗口會更寬，正極材料選擇范圍也就大，比能量也可以提高；第四，系統(tǒng)比能量高，由于電解質(zhì)無流動性，可以方便地通過內(nèi)串聯(lián)組成高電壓單體，利于電池系統(tǒng)成組效率和能量密度的提高。

但是也存在一些問題。第一個問題是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低?，F(xiàn)在有三種固態(tài)電解質(zhì)，一種是聚合物，一種是氧化物，一種是硫化物。聚合物電解質(zhì)這種，其實(shí)這個電池已經(jīng)有了，現(xiàn)在在法國有些車上用，它的問題就是要加熱，電池要加熱到60度，離子電導(dǎo)率才上來，電池才能正常工作。目前氧化物電解質(zhì)一般比液態(tài)的還是要低很多。只有硫化物的固態(tài)電解質(zhì)現(xiàn)在跟液態(tài)的差不多，比如豐田就是用的這種硫化物的固態(tài)電解質(zhì)，所以固態(tài)電解質(zhì)是有突破的，主要的突破是在硫化物的固態(tài)電解質(zhì)。

第二個問題就是固／固界面接觸性和穩(wěn)定性差。液體跟固體結(jié)合是很容易的，滲透進(jìn)去。但是固體和固體接觸性和穩(wěn)定性就不是太好了，這是它很大的一個問題。硫化物電解質(zhì)雖然鋰離子導(dǎo)電率已經(jīng)提高了，但是仍然有界面接觸性和穩(wěn)定性問題。

第三個問題是金屬鋰的可充性問題。在固態(tài)電解質(zhì)中，鋰表面同樣存在粉化和枝晶生長問題。其循環(huán)性，甚至安全性等還需要研究。

當(dāng)然還有一個問題，就是制造成本偏高。

基于上述問題，特別是固態(tài)界面接觸性／穩(wěn)定性和金屬鋰的可充性問題，真正意義上的全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)，現(xiàn)在仍然還是不成熟的，還存在技術(shù)不確定性。目前展現(xiàn)出的或者有突破的，有性能優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)化前景的，主要是固態(tài)鋰離子電池。

固態(tài)鋰離子電池跟全固態(tài)鋰電池有什么區(qū)別？固態(tài)電池不一定是全都是固態(tài)電解質(zhì)，還有一點(diǎn)液態(tài)，是液態(tài)跟固態(tài)混合的，看混合的比例是多大。真正的固態(tài)鋰離子電池，其電解質(zhì)是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)；所謂半固態(tài)，就是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)各占一半，或者說電芯的一半是固態(tài)的、一半是液態(tài)的，所以還有準(zhǔn)固態(tài)的，就是主要為固態(tài)、少量是液態(tài)。

關(guān)于固態(tài)鋰電池國內(nèi)外動態(tài)?，F(xiàn)在固態(tài)鋰電池持續(xù)升溫，美國、歐洲、日本、韓國、中國都在投入。各個國家心態(tài)不太一樣。例如美國，以小公司、創(chuàng)業(yè)型公司為主。美國有兩家公司還是不錯的，都是初創(chuàng)公司，一個是S－akit3，續(xù)駛里程能到500公里，現(xiàn)在還處于初級階段。還有一個Solid—State，還有一家公司被寶馬等幾家大公司投資了。因此美國主要是小公司、創(chuàng)業(yè)公司干，立足于顛覆性技術(shù)。日本基本上是固態(tài)鋰離子電池，最著名的豐田，將在2022年實(shí)現(xiàn)商品化。豐田做的不是全固態(tài)鋰金屬電池，而是固態(tài)鋰離子電池。它的負(fù)極是石墨類，硫化物電解質(zhì)，高電壓正極，單體電池容量15安時，電壓是十幾伏的那種，2022年實(shí)現(xiàn)商品化是靠譜的。所以在日本，并沒有顛覆，還是鋰離子電池，正負(fù)極還可以用以前的。韓國也是石墨類負(fù)極，并不是金屬鋰負(fù)極，跟日本差不多。中、日、韓的情況是類似的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)有了很大的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來。

三、綜合評述與展望

第一，鋰離子動力電池有望于2020年前實(shí)現(xiàn)300瓦時／公斤目標(biāo)，目前國內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平，但安全性研究尚待加強(qiáng)。這種電池的核心是安全性。

第二，作為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期目標(biāo)的兩類新體系，鋰硫、鋰空氣電池方面，目前國內(nèi)外進(jìn)展相對緩慢，2017年沒有看到突破性的進(jìn)展。從原理來講，鋰硫電池的重量比能量跟體積比能量基本相當(dāng)，所以它的體積比能量要提上來是有相當(dāng)難度的。乘用車、轎車對體積比能量的要求可能比重量比能量還要重要，雖然說有每公斤400瓦時／公斤，體積比能量也只有400瓦時／升，這個對轎車來講就不大好了。鋰離子電池一般來講，比方說重量比能量300，體積比能量比如300瓦時／公斤，就可以達(dá)到600瓦時／升。鋰空氣電池集合了鋅空電池、氫燃料電池、鋰二次電池的所有難點(diǎn)。相比而言氫燃料電池更具競爭優(yōu)勢。

第三，固態(tài)電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化持續(xù)升溫，但受到固／固界面穩(wěn)定性和金屬鋰負(fù)極可充性兩大問題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負(fù)極電池還沒有成熟，但是以無機(jī)硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池應(yīng)該說出現(xiàn)突破?？傮w看固態(tài)電池發(fā)展的路徑，電解質(zhì)可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合到固態(tài)，最后到全固態(tài)。至于負(fù)極，會是從石墨負(fù)極，到硅碳負(fù)極，我們現(xiàn)在正在從石墨負(fù)極向硅碳負(fù)極轉(zhuǎn)型，最后有可能到金屬鋰負(fù)極，但是目前還存在技術(shù)不確定性。

第四，在高容量富鋰正極材料方面，我國2017年取得了一些突破，基于高容量富鋰正極和高容量硅碳負(fù)極的革新型鋰離子電池比鋰硫和鋰－空電池更具可行性。這是我們一個綜合評估。根據(jù)上面的進(jìn)展分析，我們專家組對技術(shù)電池技術(shù)的發(fā)展趨勢判斷做了一次優(yōu)化迭代（不作為國家電池技術(shù)路線圖的依據(jù)，僅供參考），具體如下：

2020年，比能量300瓦時／公斤、比功率1000瓦時／公斤，循環(huán)1000次以上，成本0．8元／瓦時以內(nèi)，這個是確定的，這個所對應(yīng)的材料是什么呢？高鎳三元。大家知道我們現(xiàn)在國內(nèi)正在從鎳：鈷：錳比例3：3：3轉(zhuǎn)向6：2：2，就是高鎳，鎳變成6，再轉(zhuǎn)變到8：1：1，鎳變成8，鈷進(jìn)一步降到1，甚至鈷進(jìn)一步降到0．5。負(fù)極要從碳負(fù)極向硅碳負(fù)極轉(zhuǎn)型。這是我們當(dāng)前的技術(shù)變革。

到2025年，正極材料方面進(jìn)一步提升性能，比如說我們今年取得重要突破的富鋰錳基材料，當(dāng)然還會有其他材料。我們2020—2025年，從300瓦時／公斤—400瓦時／公斤，每瓦時成本從8毛錢以內(nèi)到6毛錢以內(nèi)。這個時候我們一般的性價比的純電動轎車合理的里程300—400公里。

到2030年，希望在電解質(zhì)方面取得突破，也就是2025—2030年最大的突破可能在電解質(zhì)，就是固態(tài)電池會規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊500瓦時／公斤。2030年，常規(guī)的性價比車型應(yīng)該可以達(dá)到500公里以上。當(dāng)然需要其它技術(shù)的配合。如果電耗極大，例如冬天百公里三四十度電，電池好也不行?，F(xiàn)在電動車越做越大，例如大SUV，車子重、風(fēng)阻系數(shù)大，是一個值得改進(jìn)的問題。