鉅大LARGE | 點擊量：1167次 | 2019年01月07日
透過國家鋰電池標準看中國鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展
2013年以前，盡管業(yè)界多個標準都對鋰電池的安全提出了要求，包括鋰電池運輸要求（UN38.3）、便攜式密封蓄電池安全要求（IEC62133-2012）、移動電話用電池規(guī)范（GB/T18287-2013）等，但這些標準要么不具備國家強制性，要么不夠全面。
事故頻出下，業(yè)界開始呼吁：是時候規(guī)范這個行業(yè)了。2014年12月，《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》（GB31241-2014）在千呼萬喚中出場，魚龍混雜的鋰電池行業(yè)，終于迎來洗牌。
鋰電池國家標準倒逼行業(yè)技術改革
新標準GB31241對鋰電池的測試達到了無死角覆蓋，除了包含常規(guī)的安全要求（安全工作參數(shù)、標識要求、警示說明、耐久性）以外，還特別提出了對電池組環(huán)境的試驗、電池組安全試驗、電池組保護電路安全測試要求、系統(tǒng)保護電路安全要求等30多項測試，堪稱當時最苛刻的國家強制標準。后續(xù)出臺的鋰電池標準，也都以其為基礎模板進行增減、修改。
對于大型鋰電生產(chǎn)企業(yè)來說，鋰電池國家標準的發(fā)布對企業(yè)生產(chǎn)影響并不大，因為大型鋰電企業(yè)的生產(chǎn)設備相對優(yōu)越，生產(chǎn)工藝流程也相對嚴格，甚至超過了國家標準。但對于沒有標準化生產(chǎn)設備的小電池廠來說，鋰電池國家標準對其產(chǎn)品及工藝提出了近乎苛刻的要求?？梢哉f，鋰電池國家標準，正是鋰電池產(chǎn)品安全的最基本保障，它倒逼著行業(yè)進行設備升級和技術突破。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為確保鋰離子電池的安全使用，廠家們進行了嚴格、周密的電池安全性能設計，以達到國家安全標準：
一、通過各種環(huán)境濫用測試。對電池進行各項濫用實驗，如外部短路、過充、針刺、沖擊、焚燒等，考察電池的安全性能；進行溫度沖擊實驗和振動、跌落、沖擊等力學性能實驗，考察電池在實際使用環(huán)境下的性能。
二、研發(fā)采用先進的SEI膜。作為電極材料的“保護傘”，一方面，SEI膜可消耗部分鋰離子，降低電極材料的充放電效率；另一方面，SEI膜能有效防止溶劑分子的共嵌入，避免因溶劑分子共嵌入對電極材料造成破壞，大大提高電極的循環(huán)性能和使用壽命。
三、研發(fā)新型電解液。目前大部分商用鋰離子電池都采用LiPF6的EC/DMC作為電解液，因其較高的離子導電率與較好的電化學穩(wěn)定性。由于液態(tài)電解質鋰離子電池存在漏液、爆炸等安全性問題，固體電解液的研究被提上日程，固體聚合物電解質既可作為正負電極間隔膜，又可用作傳遞離子的電解質。
四、挖掘新型鋰電正極材料。作為鋰電池的核心，正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40%以上的比例，其性能直接影響鋰電子電池的各項性能指標。基于對鋰電池性能的差異化需求，各種主流鋰電正極材料在各領域中得到合適的應用。專家預計，到2020年鋰電正極材料市場規(guī)模有望達到595億元。
以三元材料為主導的動力鋰電池正在崛起
在鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴張的背景下，決定鋰電池能量密度、循環(huán)壽命和安全性等重要指標的正極材料備受業(yè)界關注。目前鋰離子電池的負極材料仍主要以石墨為主，而正極材料領域出現(xiàn)了百家爭鳴的局面，鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等材料陸續(xù)產(chǎn)業(yè)化，并應用于眾多領域。
就現(xiàn)階段而言，磷酸鐵鋰電池仍占據(jù)著市場的主導地位，一個重要原因是：磷酸鐵鋰材料具有穩(wěn)定的橄欖石結構，理論上可以允許結構中的鋰全部脫出，充放電可逆性好，循環(huán)性能十分優(yōu)越。另一種材料錳酸鋰雖然具有較高的氧化還原放熱穩(wěn)定性，且充放電循環(huán)300多次后容量保持率仍達到90%以上，工業(yè)化成熟度、成本、一致性均優(yōu)于磷酸鐵鋰，但其安全性較差。
此外，業(yè)界大多廠家認為三元材料將成為未來市場的主流。一方面，三元材料低溫下性能較好，零下攝氏度時的放電效率大大高于其他材料。眾所周知，高溫管理比低溫方便，低溫升到高溫的熱管理設計較難實現(xiàn)；另一方面，三元材料的能量密度和電壓平臺高，對于提高電動汽車的續(xù)航里程有很大幫助。相反的，磷酸鐵鋰電池在能量密度的研發(fā)上已經(jīng)進入瓶頸。
未來鋰離子電池必定是朝高安全性、高能量密度、長壽命、高可靠性及低成本等方向發(fā)展。其中，安全是第一位的，補貼新政與電池能量密度掛鉤，導致一味追求高能量密度的廠家比比皆是，國內外頻繁的電動車事故，時刻提醒著我們：任何超越目前安全技術水平的“大躍進”，在安全面前都是站不住腳的。
在保證安全性的前提下，降低成本、提高性能是唯一的出路。部分電池生產(chǎn)商通過增大電池尺寸來達到提高能量密度的目的。在現(xiàn)有條件下，21700三元鋰電池系統(tǒng)的能量密度可達300Wh/kg左右，比18650鋰電池系統(tǒng)的250Wh/kg提高了20%——由于電池單體電池容量的提升意味著同等能量下所需電芯的數(shù)量減少，如此一來雖然單個電芯的重量和成本提升了，但電池系統(tǒng)PACK的重量和成本卻得到了降低。
但，一味的增大電池尺寸并不是長久之計。在目前的技術水平下，高能量密度和高循環(huán)壽命兩者不可兼得。據(jù)測算，容量每提升10%，電池循環(huán)壽命大約會降低20%；充放電倍率降低30~40%；同時電池會有20%左右的溫升。如持續(xù)增大尺寸大話，又將面對犧牲安全性所帶來的風險。因此，引導業(yè)內對三元鋰電池有正確的認識，避免一味追求高能量密度，提升安全性才是重中之重。
電動汽車發(fā)展落后于預期，鋰電池成儲能技術理想選擇
目前，鋰離子電池主要應用于交通動力、電力儲能、移動通信、航天特種等領域。受國內補貼政策和Tesla、比亞迪等大型車企影響，以電動汽車為主要載體的三元動力鋰電池備受青睞。
根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》，計劃到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產(chǎn)能力達200萬輛、累計產(chǎn)銷量超過500萬輛。在新能源雙積分政策以及汽車產(chǎn)業(yè)轉型的大環(huán)境下，國內新能源汽車產(chǎn)品層出不窮，更新迅速，但其性價比仍不能完全滿足實際需要，電動汽車成本尤其電池組的成本仍超出普通消費者的承受能力。隨著新能源汽車補貼下行，并受經(jīng)濟增速放緩、中美貿易摩擦、內需呈現(xiàn)疲軟態(tài)勢等因素影響，“新車賣的好，但卻不賺錢”的尷尬行情持續(xù)在第三季度上演。
總體來看，市場疲乏導致的產(chǎn)品積壓問題困擾著大部分新能源車企。此外，還有不少國內新勢力車企依舊停在“ppt”造車階段，面對補貼政策緊縮、續(xù)航里程和電池能量密度門檻的提高，無法實現(xiàn)量產(chǎn)交付導致融資困難成為其面對的一大困擾?？梢?，國內電動汽車發(fā)展仍落后于國人預期，隨著外來品牌的“大舉入侵”，未來國內新能源汽車市場的競爭將更加嚴峻。
在儲能領域，鋰離子電池的霸主地位已十分牢固。2018年6月，國家標準《電力儲能用鋰離子電池》（GB/T36280-2018）發(fā)布，并將于2019年1月實施。隨著電池技術帶來鋰電池成本的下降和能量密度的提升，儲能行業(yè)有望迎來快速發(fā)展。
值得一提的是，將“退役”的三元鋰電池回收用于儲能的可行性仍然存疑。眾所周知，三元鋰循環(huán)壽命相對短，容量衰減較快，三元動力電池報廢時，自身的容量已經(jīng)下降很多，性能不再有明顯優(yōu)勢。更可以預見的是安全性也將更差，因為隨著材料不斷循環(huán)，比表面積變大，活性位點也將隨之增加。即便截止壽命被限定在初始容量的80%，在容量剩余不到80%以后，循環(huán)跳水的情況也容易發(fā)生。因此，筆者認為，鑒于鎳鈷錳的價格比磷酸鐵鋰更貴，尤其是鈷，將其回收后提取才能帶來更大的價值。
結語
經(jīng)十幾年的發(fā)展，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)基本形成了中日韓三分天下的格局。在可預見的未來，中國在鋰離子電池正極材料的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面具有得天獨厚的優(yōu)勢：鋰、鈷、鎳、錳等原料資源豐富、正極及其前驅體產(chǎn)業(yè)齊全、有色金屬冶煉工藝成熟，且擁有全世界最完整的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈。
此外，我們也應看到，在海外，仍是松下、三星、LG產(chǎn)品的天下，國內在鋰電池材料的前期研究和知識產(chǎn)權方面還和頂尖跨國企業(yè)存在差距。市場競爭、適者生存，唯有科技創(chuàng)新是王道，國內鋰電池產(chǎn)業(yè)雖然飽受期待，但尚需協(xié)力前行。
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