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政策倒逼引發(fā)“蝴蝶效應(yīng)”，動(dòng)力電池技術(shù)革新或?qū)⑺茉煨赂窬?/h1>

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量：1054次  |  2019年09月18日  

一、政策背景


電動(dòng)化大趨勢(shì)愈演愈烈，我國通過系列化政策的引導(dǎo)和扶持，已經(jīng)成為全球最大的新能源汽車市場。眾所周知，新能源汽車的重要瓶頸在于電池的續(xù)航里程。在此背景下，國家《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池發(fā)展行動(dòng)方案》、《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖》等紛紛鼓勵(lì)高能量密度電池的使用，近期《外商投資產(chǎn)業(yè)指導(dǎo)目錄（2017年修行）》政策提出解除純電動(dòng)汽車合資企業(yè)限制以及取消汽車電子和動(dòng)力電池股比限制，這也是促進(jìn)國內(nèi)新能源汽車市場推廣應(yīng)用高能量密度電池的重要舉措?；谡叩贡坪蛣?dòng)力電池技術(shù)的進(jìn)步，智電汽車通過三元鋰和固態(tài)鋰電池的產(chǎn)品技術(shù)對(duì)標(biāo)模型分析，來推演未來動(dòng)力電池發(fā)展格局。


二、動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀分析


目前，國內(nèi)新能源汽車仍然在采用磷酸鐵鋰（BYD為主）和三元鋰電池，車型續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里，但是電池系統(tǒng)平均能量密度水平為115Wh/Kg。而2017年3月份，國家工信部等四部委聯(lián)合頒布《促進(jìn)汽車動(dòng)力電池發(fā)展行動(dòng)方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動(dòng)力申池單體比能量超過300Wh/Kg；系統(tǒng)比能量力爭達(dá)到260Wh/Kg。



數(shù)據(jù)顯示，我國動(dòng)力電池現(xiàn)狀與目標(biāo)值差距達(dá)126%。這對(duì)這對(duì)磷酸鐵鋰電池來說太難了，但是對(duì)于以特斯拉為代表的三元鋰電池是完全可能的，其采用的動(dòng)力電池性能好，BMS管理系統(tǒng)效率也高；此外，固態(tài)鋰電池也是可以將電池系統(tǒng)能量密度提升至260Wh/Kg水平。


1、三元鋰和磷酸鐵鋰電池•中流砥柱


當(dāng)前，全球新能源車市場迎來蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，主流汽車企業(yè)紛紛布局新能源汽車戰(zhàn)略，鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈快速成熟將進(jìn)一步推動(dòng)新能源汽車的規(guī)?；瘧?yīng)用。從全球的角度看，典型車企配套車型主要采用日韓動(dòng)力電池，以三元鋰為主體，續(xù)航里程基本上都達(dá)到或超過350公里的水平。



國內(nèi)，從2017年新能源汽車前6批推廣目錄來看，新車型搭載電池的能量密度不同程度地提升。第一批目錄中能量密度超過115Wh/Kg的車型僅占13.11%到第五批目錄中的73%，應(yīng)該說能量密度的提升已是大勢(shì)所趨。主流電動(dòng)車企業(yè)配套的動(dòng)力電池也逐步向三元鋰轉(zhuǎn)型，續(xù)航里程基本上都能夠達(dá)到300公里的水平。



綜合國內(nèi)外動(dòng)力電池企業(yè)搭載新能源汽車情況看，三元鋰電池成為主流技術(shù)路線已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn)，但整車?yán)m(xù)航里程仍有提升的空間。這很可能在于動(dòng)力電池能量密度、BMS效率提升等多方面原因所致。


2、全固鋰態(tài)動(dòng)力電池發(fā)展•共識(shí)


世界各國先后制訂了高能量密度鋰電池的研發(fā)目標(biāo)，均在積極地進(jìn)行鋰硫電池、鋰空氣電池或鋰金屬電池等電池的前瞻性研究。固態(tài)鋰電池在繼承傳統(tǒng)鋰電池的優(yōu)點(diǎn)基礎(chǔ)上，安全性、能量密度等方面有了大幅進(jìn)步。目前，目前全固態(tài)鋰電池研發(fā)可提供的能量密度基本可達(dá)300~400Wh/kg，其有望成為作為下一代高能量密度動(dòng)力和儲(chǔ)能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向，為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識(shí)。



圖1世界各國對(duì)動(dòng)力電池能量密度的階段目標(biāo)



圖2世界鋰電池技術(shù)路線走向


聚合物固態(tài)電池•商業(yè)化


全球動(dòng)力電池關(guān)聯(lián)企業(yè)加速布局全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域以搶占先機(jī)，目前各個(gè)技術(shù)路徑呈現(xiàn)出不同產(chǎn)業(yè)化特點(diǎn)。目前，固態(tài)鋰電池以聚合物固態(tài)電池發(fā)展較快，由于其高溫工作性能較好，已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證并有小部分企業(yè)實(shí)現(xiàn)小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。



硫化物固態(tài)電池•能量密度高+成本低


由于鋰硫電池具有較高的能量密度和低廉的成本，有著巨大的開發(fā)潛力，豐田、三星、CATL、豐田等國內(nèi)外企業(yè)紛紛加速布局。以豐田技術(shù)最為領(lǐng)先，其2010年就推出硫化物固態(tài)電池，2014年其實(shí)驗(yàn)原型能量密度達(dá)到400Wh/kg。截止到2017年初，豐田固態(tài)電池專利數(shù)量達(dá)到30件，遠(yuǎn)高于其它企業(yè)。據(jù)豐田高管透露，豐田或?qū)⒃?020年實(shí)現(xiàn)硫化物固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化。國內(nèi)企業(yè)CATL在硫化物固態(tài)電池方面相對(duì)領(lǐng)先，正加速開發(fā)純電動(dòng)汽車用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池。



三、兩種技術(shù)路線的對(duì)比及影響分析


1、三元鋰電池•成熟


從產(chǎn)品成熟度角度來看，美國特斯拉Model系列車型已經(jīng)實(shí)現(xiàn)突破，其Model3即將規(guī)?；N量，進(jìn)一步論證三元鋰動(dòng)力電池的可行性。Model3采用全新21700電池，相比18650電池在外觀上變長變粗，能量密度也提高了20%，單體電池容量可達(dá)3~4.8Ah，大幅提升35%。毫無疑問，當(dāng)前三元鋰動(dòng)力電池已然為主流產(chǎn)品。



2、固態(tài)鋰電池•潛力


從技術(shù)潛力角度來看，三元鋰動(dòng)力電池能量密度提升相對(duì)困難，全固態(tài)鋰電池能量密度提升，從理論上講更具可行性。一是全固態(tài)鋰電池電壓平臺(tái)提升，固態(tài)電解質(zhì)比有機(jī)電解液普遍具有更寬的電化學(xué)窗口，有利于進(jìn)一步提升電池的能量密度；二是固態(tài)電解質(zhì)能阻隔鋰枝晶生長，材料應(yīng)用體系范圍大幅提升，為具有更高能量密度空間的新型鋰電技術(shù)奠定基礎(chǔ)。三是全固態(tài)鋰電池當(dāng)前能量密度約400Wh/Kg，預(yù)估最大潛力值達(dá)900Wh/Kg，有超過100%的提升空間。固態(tài)鋰電池必將是未來的主流產(chǎn)品。



3、固態(tài)鋰電池•安全


近年來國內(nèi)外多次出現(xiàn)新能源汽車自燃事故，新能源汽車的使用越來越關(guān)注。其主要原因在于動(dòng)力電池（三元鋰為主）的問題，動(dòng)力電池電氣安全、功能安全、化學(xué)安全、機(jī)械安全方面控制仍不給力。一般而言，三元鋰電池液態(tài)電解質(zhì)易燃易爆，在長期使用過程中容易觸發(fā)“熱失控”，在充放電過程中鋰枝晶的生長容易刺破隔膜，引起電池短路，造成安全隱患。



但全固態(tài)鋰電池具有極高的安全性，其固態(tài)電解質(zhì)不可燃、無腐蝕、不揮發(fā)、不漏液，同時(shí)也克服了鋰枝晶現(xiàn)象。


4、固態(tài)鋰電池•明日之星


綜合上述產(chǎn)品、技術(shù)、安全等方面的比較，全固態(tài)鋰電池在使用安全和技術(shù)潛力方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，但是三元鋰電在產(chǎn)品成熟度、市場滲透方面具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。綜合來看，當(dāng)前三元鋰電為純電動(dòng)汽車最為明智的選擇。



但是，一旦全固態(tài)鋰電池解決金屬鋰穩(wěn)定性差等問題后，將爆發(fā)強(qiáng)大的產(chǎn)品替代力，或?qū)㈩嵏矂?dòng)力電池產(chǎn)業(yè)格局。


5、高能量動(dòng)力電池•發(fā)展動(dòng)力


前面提到了，國家政策導(dǎo)向已經(jīng)非常明確，大力支持高能量密度的新型鋰離子動(dòng)力電池


的發(fā)展，并已經(jīng)有相應(yīng)的政策細(xì)則體現(xiàn)。主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：一是2017年6月份國家工信部發(fā)布的雙積分政策，通過高能量密度降低電池質(zhì)量而獲得低的百公里電能消耗量Y時(shí)，可以獲得1.2倍積分；二是去年年底補(bǔ)貼政策，強(qiáng)調(diào)了高能量密度（乘用車電池能量密度>120Wh/Kg）時(shí)，可獲得1.1~1.2倍補(bǔ)貼；三是從獲取補(bǔ)貼必須進(jìn)入的新能源汽車推廣目錄來看，乘用車三元鋰電車型占比持續(xù)提升，今年第6批車型份額占比超過70%，已然促進(jìn)了高能量密度電池的發(fā)展。


6、高能量動(dòng)力電池•新格局


雖然國內(nèi)新能源汽車推廣應(yīng)用方面取得了良好成績，但是主要面向私人消費(fèi)者的純電動(dòng)乘用車產(chǎn)品受制于“里程焦慮”影響尚未實(shí)現(xiàn)大規(guī)模使用。這要求動(dòng)力電池有著更高的能量密度，就目前情況而言，僅三元鋰動(dòng)力電池和固態(tài)鋰動(dòng)力電池可能達(dá)成2020年目標(biāo)。這將引發(fā)國內(nèi)動(dòng)力電池技術(shù)新格局。


第一類，技術(shù)領(lǐng)先型。CATL企業(yè)本身已經(jīng)具備了三元鋰電技術(shù)沉淀，其產(chǎn)品將采用硅碳材料作為負(fù)極，“十三五”期間有望實(shí)現(xiàn)350Wh/kg目標(biāo)；同時(shí)CATL在固態(tài)鋰電池（鋰硫電池、聚合物電芯）均取得了突破，如CATL設(shè)計(jì)制造的容量為325mAh的聚合物電芯高溫循環(huán)性能表現(xiàn)良好。技術(shù)的領(lǐng)先和提前布局，能夠保證企業(yè)在新技術(shù)的應(yīng)用推廣時(shí)占據(jù)制高點(diǎn)。


第二類，技術(shù)跟隨型。國軒高科、力神等企業(yè)具備較強(qiáng)的市場基礎(chǔ)，都在加速研發(fā)具有高電池能量密度的三元鋰電技術(shù)。如科技部官網(wǎng)關(guān)于國軒高科三元鋰電技術(shù)的突破情況，其以“高鎳正極+硅基負(fù)極”為電池材料，實(shí)驗(yàn)室電池能量密度水平達(dá)281Wh/kg。但是這類企業(yè)很少或者基本上沒有涉及到固態(tài)鋰電池技術(shù)儲(chǔ)備。該類企業(yè)或?qū)⒓涌焱侨毡狙芯克akti3（美國）、清陶能源等具有全固態(tài)鋰電池技術(shù)的企業(yè)合資合作。


第三類，技術(shù)轉(zhuǎn)型類。比亞迪、萬向等企業(yè)，其核心產(chǎn)品磷酸鐵鋰電池能量密度上升空間有限，逐步降低磷酸鐵鋰電池的影響，加速轉(zhuǎn)型三元鋰電池技術(shù)路線。其中，萬向旗下A123


Systems磷酸鐵鋰產(chǎn)品能量密度止步于140Wh/kg左右；比亞迪計(jì)劃在2018年三元鋰電池能量密度達(dá)到240Wh/kg左右，2020年達(dá)到300Wh/kg左右。該類企業(yè)具有較強(qiáng)的技術(shù)積累和研發(fā)支撐，且有較強(qiáng)的技術(shù)嗅覺感，或?qū)⒓訌?qiáng)同中科院青島能源所、國能電池研究院等科研院所的合作，加快全固態(tài)動(dòng)力電池的研發(fā)。


總而言之，磷酸鐵鋰技術(shù)路線正在被替代，三元鋰電池技術(shù)路線已經(jīng)成為主流，未來全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術(shù)路線將逐步替代三元鋰。


四、發(fā)展建議


未來，新能源汽車的健康與規(guī)模化推廣應(yīng)用很大程度上取決于高安全、高續(xù)航里程的動(dòng)力電池的支撐力度。當(dāng)前，新能源汽車動(dòng)力電池技術(shù)進(jìn)步將受國家政策、外部競爭的雙重壓力驅(qū)動(dòng)，這就要求現(xiàn)有三元鋰動(dòng)力電池技術(shù)的持續(xù)提升，同時(shí)也需要新的鋰離子電池的技術(shù)攻關(guān)和突破，以實(shí)現(xiàn)顛覆性的革新。對(duì)動(dòng)力電池企業(yè)說，現(xiàn)在是最好的時(shí)期，也是最壞的時(shí)期。智電汽車認(rèn)為，電池能量密度的“攻堅(jiān)戰(zhàn)”已經(jīng)打響，動(dòng)力電池行業(yè)格局將洗牌。未來企業(yè)要進(jìn)入競爭力梯隊(duì)，需要重點(diǎn)做好兩點(diǎn)：一是要轉(zhuǎn)變思維方式和“居安思危”，由粗放規(guī)?；l(fā)展向“技術(shù)和規(guī)模化”并重的發(fā)展模式轉(zhuǎn)型，加速全固態(tài)鋰電池或新鋰離子電池技術(shù)儲(chǔ)備；二是要注重產(chǎn)品的安全性，既要加強(qiáng)與整車企業(yè)的合作，同時(shí)要規(guī)避“高田氣囊”事件在動(dòng)力電池行業(yè)上演。


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