固态电池“上车”提速电池材料持续进步21世纪经济报-全球讯息

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固态电池“上车”提速 电池材料持续进步
21世纪经济报道
现如今，人们穿梭在马路上绿牌新能源汽车早已司空见惯，2022年全国新能源汽车渗透率也达到了25.6%，而在9年前仅为0.03%。
动力电池占到新能源汽车成本40%，电池成本的快速下降对新能源汽车进入千家万户起到了至关重要的作用。
“2025年预计全球新能源汽车的销量将达到1600万辆，而新能源汽车的发展也带动了动力电池的发展，预计在2025年动力电池的需求量达到1120GWh。”赣锋锂业技术中心总经理彭爱平谈到。
数据显示，当前中国动力电池产业规模第一，全球市场份额占60%以上。厂商之间竞争愈发“内卷”，如何保持和发展的领先优势，规模领先、技术先进是非常重要的话题。
6月16日，2023（第二十七届）粤港澳大湾区车展暨新能源汽车博览会正式开幕，在下午的动力电池产业新赛道探索论坛，与会专家探讨了上述话题。
当前，影响消费者选择新能源汽车有续航里程、安全性等因素。提升续航里程则意味着在相同的体积下，提升电池的能量密度。
“电池能量密度提升，新材料体系占40%，另外60%的贡献是来自制造业，包括宁德时代、比亚迪的先进制造技术把能量密度提升。”清华大学深圳国际研究生院教授李宝华谈到。
宁德时代董事长助理孟祥峰谈到，宁德时代打造数字化电池，所有设计都是有数学模型可计算、可量化，不是过去简单用材料实验，更多创新成果来自于模型计算和大数据的应用。
在他看来，电池是典型的高端制造行业，制造领域朝着自动化、数字化和智能化的方向不断突破原有的极限。目前，宁德时代每天生产220万个电芯，生产线上有6800个的质量监控点。并且，通过大量的人工智能和自动化的技术，大幅度降低人员的使用，目前第八代产线在宁德的最新工厂已经投产，工厂大幅降低了人员参与和人工操作失误对产品质量的影响。
预计固态电池2026年商业化
《节能与新能源汽车技术路线图》中提出，2025年动力电池能量密度达到400Wh/kg，2030年达到500Wh/kg。“三元锂电池体系极限密度在300Wh/kg，离这个目标还是相差比较远。”彭爱平谈到。
贝特瑞硅氧产品线总经理庞春雷谈到，动力电池能量密度提升分为两大方向一是材料设计方向，材料本身克容量的提升，包括正极、负极。二是电芯设计，包括增加电芯的尺寸、增加活性物质含量，例如比亚迪刀片电池的设计理念，PACK结构创新设计。
“在安全性方面，材料和电池厂商也正积极探索，主要是往电解液添加添加剂，对隔膜进行陶瓷、氧化铝涂覆，增加陶瓷、隔膜的机械强度以及耐高温性能。同时采用更安全的正极材料，比如磷酸铁锂材料。”彭爱平谈到。
在彭爱平看来，根本上解决电池的安全性和提高能量密度，固态电池会是较好的发展方向。
这是因为固态电池含有少量电解液，基本上采用固体的材料，即使在电池发生热失控的情况下也不会发生自燃的情况。固态电池可以用金属锂作负极材料，提升电池的能量密度。
彭爱平在PPT上分享了固态电池和三元锂电池进行针刺实验的情况，三元锂电池无法通过针刺实验，针刺过程中会产生自燃现象。固态电池通过针刺，除了有针孔，电池不会发生其他破坏，表现出非常好的安全性能。
当前，全球各大研究机构和企业均开展固态电池领域的相关研究，国内诸如中科院的相关研究所，宁德时代、赣锋锂业均有固态电池的相关研究，赣锋锂业第一代固液混合电池已经产业化，已经装车运营。
彭爱平谈到，全固态电池近期比较难商业化，至少在2026年以后全固态电池才能商业化应用。近几年固液混合电池可能大规模应用，很多公司实现量产，装载到新能源汽车上，蔚来等车企也正在测试。随着固液混合电池规模化的推广，跟三元电池相比材料成本会逐渐降低，材料成本低于传统的三元锂电池材料。
电池材料持续迭代
正如李宝华所言，电池技术进步，与材料有着密不可分的关系。虽说固态电池是未来产业发展方向，但目前电池技术路线仍以三元电池和磷酸铁锂电池为主，电池材料则主要包含正极、负极、隔膜、电解液等四大部件。
庞春雷谈到，三元正极材料的高镍化已经非常明显，贝特瑞聚焦高镍三元开发，研发方向主要为高镍的NCM（镍钴锰）和NCA（镍钴铝），通过提升电池的能量密度，高镍三元材料可以兼顾长里程和快充方向的应用需求。
开发高镍材料最主要是通过结构设计增加稳定性，主要方向为核壳结构的设计、径向生长结构、异质等结构设计，通过这些方向提高材料的稳定性，提高电池性能。
负极方面，目前市场主流的硅基负极材料主要包括硅碳复合材料和硅氧负极材料，2022年硅基负极材料出货量已经超过3000吨，占绝大部分的市场份额。
“贝特瑞硅碳材料基本上做到量产一代、储备一代、开发一代。贝特瑞第四代产品已经实现了量产，容量可以达到1800mAh/g，新一代硅氧产品已经量产，首次效率达到90%以上，基本上接近了石墨的水平。”庞春雷谈到。
庞春雷补充，硅碳材料的发展方向朝着高容量发展，贝特瑞最新第三代材料克容量为1800 mAh/g，技术路径是纳米化、碳包覆、复合。缺点是首效比较低，开发的方向是提高首效，第一代硅氧材料是77%，第二代提高到83%左右，第三代可以到90%以上，技术路径是进行一定的遇镁化，通过这样的途径提高效率。
电解液则是电池的血液，承载着电芯整体锂离子电池在正极和负极之间的传播。
电解液占到电池成本的10%与15%，主要取决于上游锂盐价格的波动，2021年新能源汽车的产销量激增，六氟磷酸锂供不应求，价格从11万元/吨狂飙到59万元/吨，2023年一季度价格又出现了跳水式下跌，直接跌到8万元/吨，5月份又开始上涨，过去半个月，六氟磷酸锂价格上涨了接近60%。
新宙邦科技股份有限公司研究院副院长钱韫娴谈到，很多企业手中有矿心里不慌，但对于电解液研发企业来说，更多的还是希望通过配方优化降低成本。

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