鋰離子動力電池技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

李輝 張源偉 許國利 劉統(tǒng)軍

摘要：本文通過分析國內(nèi)外鋰離子動力電池的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，總結(jié)了目前國內(nèi)鋰離子動力電池行業(yè)存在的問題，提出可以通過提升電池的比能量和降低電池成本兩個方面來提高電池的競爭性，相關(guān)綜述和討論可為鋰離子動力電池技術(shù)研發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：鋰離子;動力電池;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

近年來，隨著各個國家對新能源開發(fā)的日愈重視，電池行業(yè)得以快速發(fā)展。其中，鋰離子動力電池以其較長的使用壽命、較高的安全性能等特點備受關(guān)注，目前，鋰離子動力電池處于大規(guī)模自動化生產(chǎn)階段，通過研發(fā)人員的不斷努力，鋰離子動力電池的成本不斷下降。本文重點介紹國內(nèi)外鋰離子動力電池發(fā)展現(xiàn)狀，闡述國內(nèi)鋰離子動力電池存在的共性問題，并討論鋰離子動力電池的發(fā)展趨勢。

1 國外鋰離子動力電池發(fā)展現(xiàn)狀

韓國和日本在鋰離子動力電池的研發(fā)方面有較高投入，是鋰離子動力電池的生產(chǎn)大國，日本的松下電池在全球動力電池產(chǎn)品出貨量中名列前茅，韓國的LG和三星也排在前十位，但全球排名前十的其他位次都由中國企業(yè)占據(jù)。隨著我國加大對新能源汽車及動力電池的扶持政策，我國動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，其他國家在全球動力電池市場中的占有額逐年下降。

就目前而言，日本仍是整個動力電池行業(yè)的風(fēng)向標(biāo)，占據(jù)著鋰離子動力電池的高端市場。日本制定了動力電池技術(shù)的路線圖，該路線圖以能量密度、比功率、成本、壽命為指標(biāo)，明確了動力電池技術(shù)發(fā)展的方向。目前，在日本除豐田汽車外，其他車企的動力電池都是高能量密度的鋰離子動力電池。

雖然韓國的鋰離子動力電池起步比日本晚，但其在動力電池行業(yè)的研發(fā)方面投入巨大，韓國動力電池行業(yè)也得到迅速發(fā)展，建立了相對完整的鋰離子動力電池產(chǎn)業(yè)鏈。韓國在動力電池的發(fā)展方面注重低成本戰(zhàn)略，在韓國、美國、中國、日本都建有電池生產(chǎn)基地。因此韓國在鋰離子動力電池的發(fā)展方面也不容忽視。

2 國內(nèi)鋰離子動力電池的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國家對新能源開發(fā)的重視，我國鋰離子電池行業(yè)增長迅速。近年來，我國的鋰離子動力電池的單體能量密度得到了大幅度提升，電池的單位成本降低。我國電池行業(yè)的成就主要得益于國內(nèi)電動汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，使鋰離子動力電池有較大的市場份額。國內(nèi)的電池行業(yè)巨頭力神、比亞迪、時代新能源、沃特瑪、國軒高科占據(jù)國內(nèi)大部分的動力電池市場。比亞迪的動力電池以磷酸鐵鋰為主，單體能量密度較高，基本接近理論值極限;時代新能源電池的正極材料包含磷酸鐵鋰和三元材料，電池主要用于大巴車，更注重動力電池的儲能、實用性和安全性能;沃特瑪電池的正負(fù)極材料主要采用復(fù)合材料?？偠灾覈囯x子動力電池的技術(shù)路線趨向多元化、自動化，很多企業(yè)正考慮拓展鋰離子動力電池的新應(yīng)用領(lǐng)域。

3 國內(nèi)鋰離子動力電池發(fā)展存在的問題

目前我國鋰離子動力電池生產(chǎn)規(guī)模較大、技術(shù)水平較高，但在系統(tǒng)集成、精密制造、回收利用等方面仍存在諸多不足。

3.1高端產(chǎn)能不足

我國生產(chǎn)的鋰離子動力電池電芯與國際先進(jìn)水平相比存在一定差距，電池的功率特性、循環(huán)壽命與國際先進(jìn)水平相比存在一定差距。鋰離子動力電池電芯的安全性設(shè)計水平較低，電芯的質(zhì)量控制技術(shù)與國際先進(jìn)水平相比有一定差距。高端的動力電池材料仍需要進(jìn)口，我國的高端優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品一直供不應(yīng)求，長此以往，會造成動力電池行業(yè)的結(jié)構(gòu)性風(fēng)險。

3.2自動化程度低

鋰離子動力電池的生產(chǎn)設(shè)備和制造工藝決定著電池的性能。韓國、日本等國家采用的電池裝備的自動化程度較高。而在國內(nèi)除了部分先進(jìn)企業(yè)之外，大部分鋰離子動力電池企業(yè)的自動化程度較低，并且電池制造的關(guān)鍵設(shè)備都依賴進(jìn)口，我國自主研發(fā)的電池制造設(shè)備生產(chǎn)精度偏低，制造出來的電池的產(chǎn)品批次一致性較差。

3.3回收程度不足

鋰離子動力電池中的稀土、鋰、電解液等材料可以循環(huán)再利用。目前在我國電池回收體系不完善，部分電池材料回收企業(yè)不重視環(huán)境保護，造成二次污染。這主要是由于電池的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝不同，給電池回收企業(yè)帶來了一定難度。雖然國家已經(jīng)認(rèn)識到電池材料回收的重要性，也出臺了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但是仍缺乏成熟的回收產(chǎn)業(yè)鏈和回收體系。另外，由于電池回收的經(jīng)濟性較差，在某種程度上也制約著回收企業(yè)的發(fā)展積極性。目前，在歐洲、美國等發(fā)達(dá)國家已形成具有一定規(guī)模的回收產(chǎn)業(yè)鏈，尤其是歐盟明確規(guī)定鋰離子電池必須全部由制造方回收。

4 鋰離子動力電池的發(fā)展趨勢

隨著國家扶持政策的穩(wěn)步調(diào)整和新能源汽車市場的需求量加大，鋰離子動力電池的需求量增長迅速。為了提高我國動力電池行業(yè)在全球占的市場份額，提升動力電池的比能量已成為當(dāng)務(wù)之急，同時要降低動力電池的消耗成本。

4.1提升鋰離子動力電池比能量

提升鋰離子動力電池比能量可以從電芯生產(chǎn)環(huán)節(jié)、正負(fù)極材料、隔膜、電解液等電池關(guān)鍵材料入手實現(xiàn)電池電化學(xué)性能的提高。對于圓柱電池來說，提升電池比能量的方法是提高單體電芯容量，但是這樣會增加電池的尺寸，降低電池的循環(huán)使用壽命，因此，圓柱電池在增大尺寸的同時必須考慮電池的電化學(xué)性能和安全性能。對于方形電池，提升電池比能量的方法是增大尺寸和輕量化。目前鋰離子動力電池的方形鋁殼向輕重量和高硬度方向發(fā)展，可以提升電池的比能量。另外，增大方形電池的尺寸空間也大于圓柱電池，有很大的提升比容量、降低成本的潛力。通過改進(jìn)鋰離子電池的正負(fù)極材料、隔膜、電解液也可以提高電池的比能量。采用高容量的正極材料、在負(fù)極材料中加入硅或者硅碳復(fù)合材料、使用薄型化隔膜都可以提升電池的比能量。

4.2降低鋰離子動力電池成本

隨著鋰離子動力電池的快速發(fā)展，電池原材料供不應(yīng)求，造成材料的價格暴漲。而大部分電池的原材料并不稀缺，待供需平衡之后，電池原材料的價格勢必會趨于正常，這樣會降低鋰離子動力電池的成本。電池企業(yè)還可以通過擴大產(chǎn)能、提高電芯的利用率、提升生產(chǎn)的自動化、實現(xiàn)電池的梯度利用、回收利用等方面來降低鋰離子動力電池的成本。

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