2020年9月27-30日，第二屆世界新能源汽車大會在海南省海口召開，本次大會以“共克時艱、跨界協同、合作共贏”為主題，為進一步加強國際交流與合作，加速突破新能源汽車市場化障礙，加快推進“電動化、智能化、共享化”融合發展，由中國科協、海南省人民政府、科學技術部、工業和信息化部、國家市場監督管理總局共同舉辦。搜狐汽車作為特邀戰略合作媒體對大會進行了全方位的報道，將與多位企業高層、行業專家對話，共同探討新能源汽車的成功經驗與發展趨勢，明晰汽車產業轉型升級方向。

9月29日，“先進動力電池技術創新”主題峰會上，來自中國電子科技集團、加拿大皇家科學院、中科院物理研究所、廈門大學、寧德時代以及比亞迪等產學研機構與單位的大咖齊聚一堂，就中國動力電池產業未來發展路徑進行了關鍵意見的分享。

在各位專家的主旨演講中，我們得以了解到國內電池產業的發展路徑、未來存在的挑戰以及正在嘗試的解決方案，本文將為讀者呈現本場主題峰會的干貨內容。

肖成偉：新能源大勢不可逆 全球進入動力電池熱潮

峰會伊始，中國電子科技集團公司第十八研究所研究員肖成偉發表報告指出，新能源汽車發展趨勢已被全球產業認可，中國正在有規劃地、快節奏地步入新能源汽車時代，進入這樣一個時代的前提剛需之一，就是動力電池產業的發展。

當下，歐盟、日本、美國、德國等主要國際實體都發布了國家級的動力電池規劃，主要涉及三個層次，一是實用化的鋰離子電池，二是高性能化的鋰離子，三是新體系化的鋰離子。中國動力電池產業發展規劃中，涉及到的內容也是這三個層次，我們對三大類電池提出了具體的要求，例如實用化的鋰離子電池做到300Wh/kg，高級性能化的做到400Wh/kg，氣體性電池要做到500Wh/kg。

科技部就研發所提出的關鍵內容包括了六大方向，分別是材料、電池、系統、集成、測試、評價等六個體系，同時針對產業與基礎研究制定了相應的工作計劃與考核指標。

到目前為止，我國動力電池產業化的進展都較為順利，從材料體系來看，負極主要以石墨為主。正極材料包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料。其中磷酸鐵鋰能量密度目前能做到160Wh/kg-190Wh/kg，主要用于新能源客車領域，目前政策的調整使得這一類型的電池在乘用車領域的裝車量有所增加；錳酸鋰電池的能量密度大約在180Wh/kg左右，屬于能量型電池，但輸出功率與循環壽命一般，因此主要用于物流車市場；三元鋰的能量密度現在達到了230Wh/kg左右，高鎳能量密度會更高，中鎳523現在在乘用車市場應用廣泛，雖然高鎳仍是產業趨勢，但是中鎳523的高電壓化也是一個發展方向。

肖成偉表示，未來我們的動力電池產業的發展趨勢肯定還是高比能型鋰離子電池，300Wh/kg以上能量密度的動力電池國內已經取得了突破性的進展，寧德時代、力神電池、國軒高科等企業在這一領域有了突破性的進展。

而在下一代能量密度大于400Wh/kg的動力電池上，產業可能會將高比能量的硅碳負極投入使用，從產業的量產節奏來看，固態電池、鋰硫電池、鋰空氣電池都還有較長的路要走。

除了長遠的發展規劃，肖成偉認為，近兩年國內涌現出的創新動力電池技術也非常令人驚喜，例如刀片電池與CTP技術，都是在成組效率上大幅優化了過去動力電池的物理結構，使得動力電池的參數指標有了較大的突破。

此外，近期熱門的無鈷電池對于動力電池產業降本而言至為關鍵，干電極技術則是在生產工藝上進行了優化。這些創新與過去動力電池產業注重的材料體系創新非常不同，但是在現有的技術基礎上，將目前動力電池產品的潛能進一步壓榨了出來。對于動力電池產業而言，這種在中短期內卓有成效的創新意義非凡。

但是在創新技術發展的同時，肖成偉提醒我們也需要注意到產業發展的不足，他在發言中指出了五個產業發展需要重點注意的問題：

1、以安全為核心，在提升能量密度的前提下，能量密度、功率密度、安全、循環耐久和成本之間尋求平衡點。

2、實現智能制造和數字化工廠設計，大幅提升生產效率和產品一致性。

3、提升動力電池系統的設計開發及產業化水平。

4、標準化（單體、模塊及系統）及全生命周期的測試驗證（尤其是安全可靠性）。

5、新材料及新體系電池等前瞻技術的研發（固態電池、鋰硫、鋰空氣電池盒鋰離子電池等）。

張久俊：鋰硫、鋰空氣電池是邁向500Wh/kg的關鍵

加拿大國家工程院院士、加拿大皇家科學院院士、上海大學教授張久俊列出了電化學電池的相關衡量標準，從產業的角度來看，目前最關鍵的無疑是能量密度、功率密度、循環壽命、價格與安全性。

他指出，要提高動力電池的使用程度，首先要提升能量密度，現階段以特斯拉為例，其應用的21700圓柱形三元鋰電池單體能量密度大約為260Wh/kg，系統能量密度達到167Wh/kg。但要邁入電動汽車時代，這樣的能量密度顯然還無法完全滿足產業的要求，他認為，主流動力電池的能量密度最好能在2025年左右達到400Wh/kg，在2030年左右達到500Wh/kg。

但提升能量密度的同時，也需要注意動力電池的循環壽命，從電化學的角度來說，能量密度越高往往動力電池壽命越短，而能量密度越低則動力電池壽命越長。

因此，要實現能量密度的突破與動力電池循環壽命的增長，依靠現有的材料體系難以達到，新的材料體系研發勢在必行。

對于更高能量密度的電池體系，張久俊提出了鋰離子、鋰硫、鋰空氣電池的三種路線，除了對正負極材料體系進行改革之外，電解質的全固態化也是重要的發展趨勢。

張久俊認為，發展固態電池需要向四個方向發力，一是發展氧化物的電解質，二是發展硫化物的電解質，三是聚合物的電解質，四是固態電解質之間的界面問題，兼容性和穩定性。

鋰硫電池、鋰空氣電池目前也仍有產業化的難點需要克服，舉例來看，鋰硫電池存在硫的導電性低，循環過程中體積變化會影響循環壽命，硫的安全性與副產物也存在問題；鋰空氣電池也存在催化劑昂貴、電解質對環境要求高等問題。

但張久俊指出，這些問題目前都有了嘗試解決的思路，從產業長遠的視角來看，鋰硫電池、鋰空氣電池將是動力電池能量密度通向500Wh/kg的關鍵技術。

黃學杰：第三代無鈷正極材料即將投入量產

中國科學院物理研究所研究員黃學杰則討論了近期非常火熱的無鈷電池話題，他指出，馬斯克提出的要把動力電池成本降低一半這件事，其中的關鍵就在于無鈷電池技術，無鈷電池對于產業降本而言至關重要。

但其實無鈷電池并非全新的概念，從2000年前后，國內就開始了無鈷電池的研究。黃學杰介紹道，當時的第一代無鈷材料是錳酸鋰電池，日產聆風用的就是這款電池，安全性能表現優秀，但放在現在來看，能量密度不夠高，無法滿足電動汽車的續航需要。

當時黃學杰做錳酸鋰電池，2003年開始，嘗試另辟蹊徑，將其用在電動自行車上，結果發現十分可行，成本也能控制住。因此到現在這個階段，我們能夠看到錳酸鋰電池開始代替鉛酸電池進入電動自行車市場。

第一代無鈷電池不適合汽車，于是就有了第二代無鈷電池——磷酸鐵鋰電池。黃學杰指出，磷酸鐵鋰電池是完全無鈷的材料體系。

不過，與磷酸鐵鋰同期出現的，還有三元鋰電池，其產品能量密度、充放電功率都要優于磷酸鐵鋰，循環壽命上的劣勢也被單次循環所能行駛的續航里程所彌補。因此我們看到，2019年的動力電池市場，三元鋰電池占據了65%的市場份額，磷酸鐵鋰電池的市場主要被限制在新能源客車領域。

要發展無鈷電池，磷酸鐵鋰顯然不是合適的材料體系，黃學杰表示，目前產業內在提的“無鈷”電池，是基于三元鋰電池的基礎，將鈷的含量降到盡可能低，或是用其他廉價金屬元素替代鈷。

但是其實要做真正的無鈷電池，產業還有更好的技術路線可以選擇。在本次大會上，高電壓鎳錳酸鋰正極材料及電池技術被評為“2020新能源汽車前沿技術”之一，其關鍵就在于，這項技術解決了鈷在電池正極中成本占比過高的問題，且保證了電池的能量密度與循環壽命。

黃學杰指出，這種電池正極體系中，鎳占1/4，錳占3/4，由于鎳的含量并不高，電極內部并不會發生鎳離混排的現象，且由于是尖晶石結構，內部理化性質十分穩定。

對比上一代無鈷電池磷酸鐵鋰電池，鎳錳酸鋰電池具有更高的電壓窗口與更優秀的鋰資源利用率。黃學杰指出，距離這項技術量產的時間節點已經不遠了。

董全峰：高比能與高比功率應該同步發展

廈門大學特聘教授、基礎加強計劃首席科學家董全峰認為，基于動力電池的充放電實用性考量，高比能量動力電池應該與高比功率動力電池同步發展。在電池體系中，高比能量與高比功率一直是對立統一的，既矛盾又統一，但是要發展未來的動力電池技術體系，就必須從中找到最大公約數，實現高比能量范圍中允許的最大比功率。

他指出，電池實現高比功率的關鍵在于：一、電化學反應快；二、能量擴散快；三整個系統電阻低。三個方面缺一不可，目前董全峰主要研究的方向就是電化學反應方向。

他舉例說到，目前高比功率的典型就是超級電容器，但超級電容器的比能量很低，遠遠比不上一般電池。典型的超級電容器其實依賴表面儲存電荷，不涉及本體反應，因此儲存和釋放都十分快速。

借助超級電容器的特性，其實我們可以將傳統的法拉第過程引入超級電容器，在超級電容器表面引發電化學反應，其本質是與電池類似的，但由于反應發生在表面，因此比一般電池要更快。

另一種方案則是借助電池材料的納米化，當其材料采用納米化結構時，電池會表現出電容的特性，電化學的反應速度就上來了。

在這兩種方案之外，董全峰還創造性地提出了第三類方案，即通過對一般電池材料表面的調控，讓其具有高的表面積與強的離子電化學吸附能力。沿著這條思路，董全峰團隊研發出了一類內部包含液態活性材料，表面由固態組成的電極材料，這一方案能夠實現一定能量密度下，高比功率的電池性能表現。

梁成都：CTP電池技術如何實現性能與安全兼顧

在學界專家介紹完產業的前沿技術之后，寧德時代與比亞迪的專家上臺介紹了CTP技術與刀片電池技術的詳細情況。

寧德時代新能源科技股份有限公司研發聯席總裁梁成都表示，CTP技術是寧德時代內部四大創新體系孵化出的成果之一。

自2010年左右中國電動汽車浪潮興起，寧德時代就入局進行動力電池的研發生產，在2014年左右，寧德時代開始嘗試將小模組向大模組的方向發展，CTP的概念在這一過程中逐漸形成。

目前，CTP技術已經是寧德時代內部大的技術平臺，未來寧德時代將有大量的動力電池產品從這個平臺演化出來。梁成都表示，CTP平臺的關鍵就在于“高度集成”。

高度集成的過程中一定要大量做減法，包括電芯重組技術的集成，導熱膠自動分區涂膠，電芯模塊成組。一個電池從原理上來說，它采用一個電的手段控制化學反應顆粒的發生，在這個過程中既要有電又要有化學，任何一個化學反應的過程中一定有熱的交換，所以，除了電的管理，還要有熱管理。熱管理的過程中，寧德時代把水冷系統集成在里面，采用一體沖壓，使得水冷系統完整的結合在里面。這樣做下來以后，整個零件數量降低了40%，這是一個巨大的降低。

高度集成為寧德時代的電池產品帶來了很多好處，首先是性能方面，高度集成使得電池包的零件數量減少，成本降低，也使得同樣數量的電芯其系統能量密度大幅上升；其次是穩定性方面，零部件數量的減少也同步減少了單一零件的故障率，增加哀樂系統的可靠性；最后是安全方面，由于高度集成為工程留出了大量的空間，使得寧德時代能夠針對電池的熱擴散與物理結構進行優化。

憑借高度集成，寧德時代實現了CTP電池包性能與安全性的兼得。

魯志佩：刀片電池的結構和工程技術創新

對于現有的動力電池而言，從結構上一共可分為五個層級，ECU、Cell、Module、PACK、Vehicle。在現有的方案中層級太多，最終導致集成效率低，續航能力受到嚴重制約。

比亞迪股份有限公司深圳開發中心副總監魯志佩表示，優化的方向是很清楚的，就是減少或者是合并其中的多層級。產業內目前總共有三個思路，第一個思路，取消模組層級，從Cell直接集成到PACK，也就是CTP；第二個思路，取消Cell層級，直接將電化學但愿集成成模組，比亞迪的刀片電池正是其中的代表；第三個思路是取消模組與PACK層級，將Cell集成到整車，也就是CTC。

不同的優化方案對應不同的應用場景，CTP更適合純電動平臺，但對于插混車型或是帶電量較少的車型而言，第二個思路更加合適，舉例而言刀片電池能夠大幅縮減小容量電池的結構性成本，第三個思路則主要依靠整車驅動。

綜合目前的新能源市場發展情況來看，比亞迪認為，刀片電池是目前最適合市場發展的動力電池技術路線。

魯志佩表示，刀片電池主要在寬幅技術、高速疊片技術、超薄鋁殼制造技術、高效率電池系統集成技術、電池系統測試評價技術五個方面進行了關鍵的技術創新，圍繞著五項技術創新與其他的工藝方法、整車集成方面，比亞迪共產生了360項專利技術。

首先是寬幅技術，基于弗迪電池的產線，目前最大的涂布寬度可以做到1300毫米，系統檢測精度正負0.5毫米內，速度可以做到70米/分鐘，可以實現雙面同時同步。輥壓方面，目前，最大的輥壓寬度1200毫米，厚度工差2微米之內，速度可以做到120米/分鐘。疊片方面，目前最長可以實現1000毫米的疊片，對齊度可以控制在正負0.3毫米內，疊片的效率為0.3秒/片，處于世界領先水平。

在超薄鋁殼制造方面，比亞迪突破了傳統的拉深/擠出工藝的制約，創新工藝實現0.3mm厚度的超長鋁殼制造技術。在系統集成面，基于刀片電池的電池系統，借鑒了蜂窩板的理念，蜂窩片具有質量輕、強度超高的系統，以電池陣列為鈷價，通過高性能的膠黏劑將上蓋、底板與電池陣列聯合成一個整體，實現超高的集成效率，超高的強度和超高剛度。其中上蓋或底板都可以集成冷卻和加熱。

在測試評價體系方面，比亞迪一般采用振動、溫度、濕度、循環同步施加，但是往往發現實驗的結果與整車實際的結果無法匹配，主要的原因是多個實驗無法模擬實際的使用工況，為了解決這個問題，我們創新地將溫度、濕度、振動、循環等多個因子有機結合，通過研究典型區域的實際使用條件，結合加速壽命試驗理論，建立全新的可靠性評價方法。

通過在這五個方面技術上的突破，比亞迪的刀片電池實現了高安全性、高強度、長續航、良好的低溫適應性、長壽命、高功率六大特性。

但魯志佩表示，目前的刀片電池仍然不是終極形態，目前刀片電池的產品體積集成效率大概是62%，體積能量密度230 Wh/kg。2025年比亞迪預期可以做到73%的集成效率，體積能量密度可以做到300Wh/kg。并將整車NEDC續航里程升到800公里以上。

寫在最后

無論是現階段寧德時代與比亞迪推進的CTP與刀片電池技術，還是產業正在研發的固態電池、鋰硫電池與鋰空氣電池，這些技術創新將在能量密度、充放電功率、循環壽命與安全性方面對現有的動力電池產品進行大幅優化。

而折射到新能源汽車產業，動力電池的技術革新，將意味著我們會擁有續航里程更長，衰減更加緩慢、安全性更有保障、價格更加實惠的電動汽車產品，動力電池技術的突破讓我們看到了新能源汽車加速普及推廣的可能性。

來源：搜狐汽車·E電園

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