尤振平等：中国锂离子动力电池如何突破千里续航转折点

8月8日，中新社报道，作者中国国际工程咨询有限公司有限公司高级工程师尤振平、中国国际工程顾问有限公司有限公司高级工程师张建红在国务院常务会议上提出支持新能源汽车消费。7月29日，国务院常务会议部署了进一步扩大需求的措施，明确提出继续实行新能源汽车购置税免征政策。这也是中国第三次延长免征新能源汽车购置税的政策。据中国汽车工业协会统计，今年上半年，中国新能源（600617）汽车累计销量达到260万辆，同比增长115%，市场份额达到21.6%。中汽协预测，2022年中国新能源汽车销量将达到500万辆，同比增长42%。动力电池是新能源汽车的核心部件，约占汽车总成本的40%，直接影响电动汽车的续航里程和安全性。目前，中国的电动汽车主要使用锂离子动力电池。可以预见，巨大的市场将推动锂离子动力电池行业的进一步快速发展。中国锂离子动力电池产量居世界第一。根据工信部赛迪研究院最近发布的《中国锂电池产业发展指数白皮书》，2021全球锂离子电池市场规模约为545GWh。其中，中国锂离子电池市场规模为324GWh，约占全球市场的59.4%，已连续五年成为全球最大的锂离子电池消费市场。锂离子电池主要由正极材料、负极材料、电解质、隔膜等材料组成。其中，正极材料是影响锂电池电化学性能的关键因素，决定了电池的能量密度和安全性，从而影响电池的整体性能。从成本角度来看，正极材料占锂电池材料成本的30%至40%，这是控制电池整体成本的重要因素。目前，锂电池正极材料主要分为锂锰氧化物（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、锂钴氧化物（LCO）和三元正极材料（NCM/NCA）。自2018年以来，凭借高能量密度的优势，三元正极材料在新能源乘用车市场发展迅速，2019年和2020年占动力电池的60%以上。进入2021后，随着比亚迪（002594）叶片电池和宁德时代（300750）无电池模块技术（CTP）的出现，以及国内财政补贴的下降，磷酸铁锂凭借其高性价比优势，在乘用车市场出现了反弹，尤其是比亚迪大族、特斯拉Model 3、红光MINI等流行车型的出现，这逐渐提高了磷酸铁锂的装机容量。从长远来看，磷酸铁锂电池和三元锂电池将继续作为动力电池的两条主要技术路线存在。电池系统能量在160Wh/kg以下的纯电动汽车以磷酸铁锂电池为主，电池系统能量160Wh/kg以上的高端汽车以三元锂电池为主。在充电基础设施方面，中国已经建成了世界上最大的充电和交换网络。根据国家能源局的数据，截至2022年6月，中国已累计建设392万个电动汽车充电基础设施。到2025年，它将满足2000多万辆电动汽车的充电需求。据中国电动汽车充电基础设施促进联盟最新统计，截至2022年6月，公共充电站总数152.8万个，同比增长65.55%，紧跟新能源汽车销量增速。动力锂电池行业仍存在发展瓶颈。一是爆震事故频发。据应急管理部消防救援局统计，2021全国共发生3000多起涉及电动汽车的火灾事故。基于8英里……

离子新能源汽车去年发生火灾的概率约为0.03%。数据显示，今年第一季度共发生640起新能源汽车火灾，同比增长32%，高于汽车火灾平均增长8.8%。通常，锂离子电池火灾和爆炸事故的直接原因是电池的热失控。电池热失控后，会产生大量的可燃气体，主要是氢气。此外，随着天气越来越热，也会增加电池的安全隐患。第二个是担心里程数。目前，市场上纯电动汽车的续航里程一般在300至700公里之间。在电池技术没有实质性突破的情况下，依靠“堆叠电池”实现里程攀升，不仅挤压了汽车内部空间，还增加了车身重量和功耗。这违背了新能源汽车“节能减排”的初衷。此外，电池寿命的增加，伴随着电池成本的增加，也会导致购车成本相应增加，从而影响电动汽车的消费意愿。第三个原因是充电和更换电池不方便。充电时间长是充电技术的一个显著弱点。此外，由于规划建设不平衡、信息统计不完整、运营平台脱节等原因，阻碍充电基础设施建设的难点和堵点没有得到有效解决，导致居民建桩难、，节假日期间高速公路充电站的冷热不均，用户找桩困难。相比之下，电力交换的效率要高得多，但技术本身也有许多缺点。首先，更换电站的成本投资非常高，是建造同等充电站的1-3倍。其次，更换电站占地面积大，单个更换电站通常需要3-4个标准停车位，同时还储存了1.5倍数量的服务车辆电池。再次，在电池更换模式下，车主总是使用不熟悉的电池，这导致了一种新的“充电焦虑”，因为不了解电池的财产。最后，新能源电动汽车的发展趋势是电池与车身的融合。从最初的模块封装（VDA）到去模块或减少模块封装（CTP），再到现在的电池和底盘集成（CTC/CTB），电池的拆卸变得越来越困难。第四，回收利用迫在眉睫。目前，国内动力锂电池回收行业的整体运营模式仍处于探索阶段，缺乏以动力锂电池生产公司或电动汽车公司为主的回收体系。大量退役动力电池流入小作坊等非正规渠道，带来安全和环境风险。此外，欧盟国家还出台了越来越严格的碳排放监管政策，在低碳生产、材料回收和LCA（电池全生命周期碳排放）等领域对中国新能源汽车公司提出了明确要求。第五是迫切需要弥补技术上的不足。在全固态电池的全球电池专利方面，日本和韩国具有明显的领先优势；在电池基础理论研究方面，美国的实力不容小觑；

欧洲在电池设计和制造方面也有相当大的优势。根据专利研究分析机构Patent Result的数据，截至2022年3月，在全固态电池的前十大专利中，有6家日本公司和4家韩国公司，没有中国公司上榜。多措并举促进动力锂电池行业的稳定和发展，提高安全性。一个是电池体的安全性，这意味着从材料和工艺的角度提高电池的安全性。例如开发耐火或不可燃的电解质、具有更高熔点的有机和无机隔膜以及高度稳定的正极材料。二是电池使用过程中的安全性，主要是通过加强对热失控的预测和预警技术。目前，有一些技术可以为动力电池火灾提供三级警报，包括故障警报、热失控警报和火灾警报。三是消防安全，主要通过开发高效灭火和防重燃技术。目前，已经开发出一种兼具化学和物理冷却功能的灭火剂，并根据动力电池火灾的特点开发了一种灭火剂释放程序控制方法。第二，实现数千英里耐力的转折点。围绕电池组批量利用效率的最大化，各家动力电池公司推出了创新设计，具有软包、硬壳、圆柱体、CTP、CTC、长刀、短刀等优势，并取得了一定成效。目前，动力锂电池通过材料和结构创新，提高了系统集成效率和能量密度，实现了1000公里的续航里程。为了实现1000公里的技术续航里程，通常使用高压电气架构和高比能镍三元锂电池。一些制造商还可能尝试固液混合的高镍三元锂电池，这将加速固态电池的工业化进程，并对快速充电技术和安全技术提出更高的要求。实现千英里续航里程不仅是锂电池技术发展的转折点，也是电动汽车快速增长的基础。第三，加快充电基础设施建设。一是统筹新能源汽车与能源协同发展的顶层设计，分析不同汽车技术路线的能源需求和减碳潜力，明确新能源汽车和能源系统协同的基本路径、总体目标和任务。二是系统提升充电基础设施服务能力，加强充电网络规划布局，推进社区充电设施建设，大力推进有序充电，提高公路沿线充电设施建设和运营水平。三是提高充电基础设施接入电网的能力，将电网规划与充电设施规划相衔接，构建基于“车桩网”的“源网负荷”互动体系，推动新能源汽车、电力系统、绿色能源一体化技术创新发展。在充电效率取得突破之前，鼓励积极探索公共领域的换电模式，并在当地开展换电模式试点示范运营。第四，建立规范高效的回收体系。一是完善动力锂电池回收利用政策。动力锂电池回收机制应与新能源汽车奖补政策相结合，以信息技术手段为主，行业管理规范为辅，约束相关责任主体的行为。二是建立动力锂电池信息监管平台，对回收溯源、梯级利用、再生利用进行编码管理。三是建立废旧动力锂电池回收利用体系。报废汽车拆解企业应与汽车生产企业、动力锂电池生产企业、回收企业建立合作网络。第四是确保储存和运输的安全。废旧动力锂电池的储存和运输应作为危险品进行管理，以确保安全。第五是先……

根据相关要求，轻度报废的电池在贴上级联使用标签之前经过筛选、拆卸和重新组装，可以在储能系统、路灯、UPS电源和低速电动汽车等领域重复使用。重型报废电池（电池性能降至原始性能的50%以下）被拆除并再生，以回收电极材料，尤其是钴（Co）、镍（Ni）和锂（Li）等贵金属。第五，应该有针对性地努力解决技术缺陷。一是加快技术创新和转化应用，在确保安全的同时进一步提高能源密度和寿命。改进电池组本身的BMS（电池管理系统）、内部结构设计、电池质量、工艺管理等。加强锂离子电池组回收技术的研发，支持快速检测技术和标准的发展。二是聚焦产业链，促进产业融合。鼓励行业机构和企业开展有序充电、V2G等技术应用示范，加快柔性充电、无线充电、自动充电等先进技术研发，推动新能源汽车、电力系统、绿色能源集成技术创新发展，促进“人车桩网”各环节的融合与连接，支持运营企业加大双向充电桩建设力度，通过技术创新实现产业融合发展。（中新经纬APP）本文由中新经纬研究院选编。入选作品的版权归中新经纬所有。未经书面授权，任何单位和个人不得转载、摘编或者以其他方式使用。所选内容中涉及的观点仅代表原作者，不代表《中国新纬度》的观点。

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