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)平均能量密度水平僅為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)汽車動力電池發(fā)展行動方案》,指出到2020年,要求新型鋰離子動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,我國動力電池能量密度現(xiàn)狀與目標(biāo)值差距達(dá)126%,2020年達(dá)到目標(biāo)值對磷酸鐵鋰電池來說太難了,但是對于以特斯拉為代表的三元鋰電池則是完全可能的,其采用的動力電池性能好,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——當(dāng)前的中流砥柱

　　當(dāng)前,全球新能源車市場進(jìn)入蓬勃發(fā)展的關(guān)鍵時期,主流汽車企業(yè)紛紛布局新能源汽車,鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈因此快速成熟將進(jìn)一步推動新能源汽車的規(guī)模化應(yīng)用。從全球角度看,典型車企配套車型主要采用日韓動力電池,以三元鋰為主,續(xù)航里程基本都達(dá)到或超過350公里的水平。

　　表格1全球主流動力電池配套情況

　　再看國內(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也有不同程度地提升。第一批目錄中能量密度超過115Wh/Kg的車型僅占13.11%,到第五批目錄這一比例達(dá)到了73%,可以看出動力電池能量密度的提升已是大勢所趨。主流電動車企業(yè)配套的動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。

　　表格2國內(nèi)主流動力電池配套情況

　　綜合國內(nèi)外動力電池企業(yè)搭載新能源汽車情況看,三元鋰電池成為主流技術(shù)路線的趨勢已經(jīng)不可逆轉(zhuǎn),但整車?yán)m(xù)航里程仍有提升的空間。這很可能是由于動力電池能量密度不高、BMS效率提升空間仍有待開拓等多方面原因所致。

　　2、全固鋰態(tài)動力電池——未來的發(fā)展方向

　　世界各國先后制訂的高能量密度鋰電池研發(fā)目標(biāo),均在積極地布局鋰硫電池、鋰空氣電池或鋰金屬電池等前瞻性技術(shù)。

　　固態(tài)鋰電池在繼承傳統(tǒng)鋰電池優(yōu)點的基礎(chǔ)上,安全性、能量密度都有了大幅進(jìn)步。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,有望成為下一代高能量密度動力和儲能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向,這已是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。

　　圖1世界各國對動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

　　全球動力電池關(guān)聯(lián)企業(yè)也加速布局全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域以搶占先機,目前各技術(shù)路徑的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程不同,其中以聚合物固態(tài)電池發(fā)展較快,由于其高溫工作性能較好,已經(jīng)完成實驗室驗證并有小部分企業(yè)實現(xiàn)了小規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。

　　固態(tài)鋰電池(聚合物固態(tài)電池)研發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀

　　法國Bollore:全固態(tài)二次電池(LMP),負(fù)極材料采用金屬鋰,電解質(zhì)采用聚合物(PEO等)薄膜,目前已經(jīng)批量應(yīng)用在法國的EV,共享服務(wù)汽車“Autolib”和小型電動巴士“Bluelus,總體應(yīng)用超過3000輛。

　　美國Seeo:全固體二次電池采用大創(chuàng)公司的干聚合物薄膜,提供的樣品電池組能量密度為130-150Wh/kg,2017年能量密度能達(dá)到300Wh/kg,尚未推廣應(yīng)用。

　　CATL:目前已經(jīng)設(shè)計制造出了容量為325mAh的聚合物電芯,表現(xiàn)出較好的高溫循環(huán)性能,尚未推廣應(yīng)用。

　　中科院青島能源所:開發(fā)的大容量固態(tài)聚合物鋰電池“青能I號”完成深海科考,其能量密度超過250Wh/kg,500次循環(huán)容量保持80%以上,在多次針刺和擠壓等苛刻測試條件下保持非常好的安全性能。“青能II號”也已經(jīng)研發(fā)成功,能量密度高達(dá)300Wh/kg,尚未推廣應(yīng)用。

　　此外,固態(tài)鋰電池中,硫化物固態(tài)電池(鋰硫電池)由于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)均紛紛加速布局,這其中以豐田技術(shù)最為領(lǐng)先。豐田在2010年就推出硫化物固態(tài)電池,2014年其實驗原型能量密度達(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)電池方面相對領(lǐng)先,正加速開發(fā)純電動汽車用的硫化物全固態(tài)鋰金屬電池。

　　固態(tài)鋰電池(硫化物固態(tài)電池)研發(fā)現(xiàn)狀

　　豐田:2010年開始推出固態(tài)電池,2014年其實驗原型能量密度達(dá)到400Wh/kg。

　　三星日本研究所:利用硫化物類固體電解質(zhì)試制出2000mAh、175Wh/kg的壓層型全固態(tài)二次電池。

　　Sakti3(美國):2015年獲得英國家電巨頭戴森1500萬美元的投資,其開發(fā)的固態(tài)電池以陶瓷等為電解質(zhì),金屬鋰或鋰類合金為負(fù)極,能量密度達(dá)到1000Wh/L,目前仍處于研發(fā)階段。

　　清陶能源:公司核心在于高固含量的全陶瓷隔膜和無機固體電解質(zhì)的開發(fā)和生產(chǎn)。目前團隊已經(jīng)和北汽開展合作進(jìn)行中試,未來可能作為北汽電動車的重要組件。

　　CATL:主要研發(fā)方向是硫化物電解質(zhì),采用正極包覆方法,解決了界面反應(yīng)問題,熱壓方式降低了界面電阻