9月4日-6日，由中國汽車技術(shù)研究中心有限公司、中國汽車工程學(xué)會、中國汽車工業(yè)協(xié)會以及中國汽車報社共同主辦的第十六屆中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達)國際論壇在天津隆重召開。其中，在9月6日舉辦的線上會議中，肖成偉給大家?guī)碇黝}演講《車用電池技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》。

  以下內(nèi)容為現(xiàn)場演講實錄：

  肖成偉：各位領(lǐng)導(dǎo)、各位專家、各位同仁，大家好，感謝主辦方的邀請參加本次泰達論壇。我是中國電科十八所的肖成偉，我報告的題目是《車用電池技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢》，包括六個方面。

  首先介紹一下新能源汽車的發(fā)展概況。

  汽車產(chǎn)業(yè)正進入百年未遇的大變革時代，汽車產(chǎn)業(yè)電動化轉(zhuǎn)型正在加速。世界主要汽車強國，像美國、歐盟、德國和日本等這些國家和地區(qū)均發(fā)布了新能源汽車相關(guān)的發(fā)展戰(zhàn)略和目標。許多國家和地區(qū)發(fā)布了燃油車禁售的時間表，一些汽車企業(yè)發(fā)布了傳統(tǒng)燃油車停售的時間和相關(guān)的停售計劃。

  國際能源署發(fā)布的《2019全球電動汽車展望》中，預(yù)期到2030年，全球新能源汽車保有量將達到2.5億輛左右。中國政府發(fā)布《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中，到2025年，新能源汽車新車銷量占比將達到20%以上。

  在中國政府的大力支持下，中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)得到了快速的發(fā)展。截至2019年，新能源汽車保有量達到419萬輛。2019年，新能源汽車銷量達到了120.6萬輛，占2019年汽車總銷量的比例達到了4.68%。從2015年起，中國新能源汽車銷量占全球新能源汽車總銷量的比例均超過了50%。

  這張表列出了中國2020-2035年的新能源汽車市場目標。2025年，新能源汽車年銷量將達到500萬輛，2030年達到1500萬輛，2035年達到2000萬輛。今年受疫情的影響，新能源汽車的銷量預(yù)計在100萬輛左右的水平，較2019年有所下滑，但到2020年底，總的保有量達到500萬輛的國家目標現(xiàn)在看來完成是沒有問題的。

  第二個方面，介紹一下動力電池國內(nèi)外的規(guī)劃情況。

  動力電池作為新能源汽車的核心部件，是汽車產(chǎn)業(yè)電動化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐，也是汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型國際競爭的必爭之地，相關(guān)汽車強國均制定了動力電池相關(guān)的發(fā)展規(guī)劃。

  消費者對新能源汽車有哪些期望呢?他希望新能源汽車的續(xù)駛里程要長，使用壽命要長，安全可靠性要高，充電時間要短等等，新能源汽車的性能就可以跟常規(guī)的燃油車相媲美。對動力電池而言，需要具有高的能量密度、功率密度、安全性、長的循環(huán)壽命、快速充電和低成本等等要求。

  從目前實用化的電池體系來看，鋰離子電池可以比較好地滿足化新能源汽車對動力電池的性能指標的一些相關(guān)要求。

  從國外的一些國家和地區(qū)電池的發(fā)展規(guī)劃來看，像歐盟、日本、美國、德國制定了國家級動力電池規(guī)劃，從這些規(guī)劃我們可以看到主要涉及到三個層面的內(nèi)容：第一是實用化的鋰離子電池，第二是高性能化的鋰離子電池，第三就是新體系電池。國外的規(guī)劃基本上涉及到這三個層次的內(nèi)容。同樣，中國新能源汽車相關(guān)規(guī)劃涉及到動力電池的內(nèi)容也包括了上述的三個層次。像實用化的鋰離子電池，能量密度要做到300瓦時/公斤，高性能化的鋰離子電池能量密度要做到400瓦時/公斤，新體系電池能量密度要做到500瓦時/公斤。

  現(xiàn)在正在制定2.0版的節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖，2.0版的技術(shù)路線圖包括一個總路線圖和九個分路線圖，動力電池是其中一個非常關(guān)鍵的分路線圖。

  2.0版的動力電池分路線圖跟1.0版有什么區(qū)別呢?從技術(shù)方向和應(yīng)用的領(lǐng)域我們可以看一下，1.0版電池分為能量型和能量功率兼顧型兩類，應(yīng)用于乘用車的市場。而2.0版電池的種類進行了一個擴展，涉及到能量型、能量功率兼顧型和功率型三大技術(shù)類別，同時它的應(yīng)用領(lǐng)域也進行了擴展，包括乘用車和商用車這兩大應(yīng)用領(lǐng)域都在內(nèi)，實現(xiàn)了動力電池產(chǎn)業(yè)鏈的全覆蓋，包括關(guān)鍵材料、動力電池、電池系統(tǒng)集成、新體系電池、測試評價、生產(chǎn)裝備、資源回收和梯級利用。

  第三個方面介紹一下動力電池的技術(shù)進展和相關(guān)發(fā)展趨勢。

  在國家四個五年計劃的大力支持下，動力電池及其關(guān)鍵材料技術(shù)有了長足的進步。動力電池能量密度逐年在提升，高比能的動力電池是國家重點支持的研究方向。

  再看一下在國家的支持下，哪些材料體系的電池實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。當(dāng)前實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的電池體系負極主要是以石墨為主，隔膜以表面改性的聚乙烯和聚丙烯為主。電解質(zhì)鹽是采用六氟磷酸鋰，正極主要包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰和三元材料。其中磷酸鐵鋰電池的能量密度基本上做到170-190瓦時/公斤的水平。錳酸鋰通常與三元材料混合，它的成本會比較低一些，電池的能量密度大致在180瓦時/公斤的水平，主要應(yīng)用于物流車的市場。三元材料電池中，高鎳材料電池的能量密度最高，523中鎳材料電池相對高鎳而言安全性更好一些，成本也更低一些，目前這類電池在乘用車領(lǐng)域配套量是最大的。

  磷酸鐵鋰，它的安全性好、循環(huán)壽命長，目前是大巴車領(lǐng)域的首選產(chǎn)品，配套量最大。國內(nèi)主要電池企業(yè)像比亞迪、寧德時代等等都開發(fā)了大容量的鐵鋰電池產(chǎn)品，并實現(xiàn)了規(guī)?；涮?。

  三元高比能電池的能量密度達到了230±30瓦時/公斤的水平。由于能量密度高，主要應(yīng)用在乘用車市場和領(lǐng)域里，實現(xiàn)了規(guī)?；膽?yīng)用。電池的封裝形式，像圓柱形的、方形的軟包電池都實現(xiàn)了比較好的應(yīng)用。

  目前鋰離子電池的快充技術(shù)取得了顯著進展，在大巴車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了應(yīng)用，開發(fā)的快充電池能量密度達到了120瓦時/公斤，可以在15分鐘內(nèi)將電池的容量充到80%，也就是說它的充電能力可以達到4C的技術(shù)水平。

  從動力電池整個配套的情況來看，三元材料鋰電池2019年的市場份額達到了65%，磷酸鐵鋰的市場份額是32%，乘用車是動力電池主要的應(yīng)用領(lǐng)域。從電池系統(tǒng)的指標來看，電池系統(tǒng)能量密度2018年普遍達到了120瓦時/公斤以上，2019年普遍達到了140瓦時/公斤以上。

  從電池發(fā)展的趨勢來看，中期，通過在高電壓電解液、薄型的涂層隔膜、硅碳負極以及高鎳正極、負鋰正極和高電壓正極等等方面開展研究工作，磷酸鐵鋰的能量密度可以達到200-220瓦時/公斤的水平，磷酸鐵鋰的能量密度還可以在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上做進一步提升。高鎳材料電池的能量密度可以做到300瓦時/公斤，負鋰材料電池的能量密度可以做到400瓦時/公斤，同時固液混合電解質(zhì)的鋰離子電池也是重點發(fā)展的方向。

  像寧德時代、天津力神、合肥國軒等等這些電池企業(yè)采用高鎳的三元正極和硅碳負極開發(fā)了300瓦時/公斤的軟包裝電池，取得了比較好的技術(shù)進展。比亞迪采用高鎳三元和石墨負極開發(fā)了270瓦時/公斤的方形電池，也取得了比較好的技術(shù)進展。力神和孚能采用高鎳三元正極和石墨負極，開發(fā)了290瓦時/公斤的軟包裝電池，展示了良好的循環(huán)性能。北京大學(xué)研制出比容量達到400毫安時/克的新型負鋰錳基的正極材料以及高比容量的硅碳負極材料，為400瓦時/公斤的新型高比能電池的研究奠定了比較好的基礎(chǔ)。

  固液混合電解質(zhì)的鋰離子電池在循環(huán)壽命和安全性方面展示了較好的技術(shù)進展，1000次循環(huán)容量保持率現(xiàn)在可以做到90%以上，通過了針刺、短路、擠壓、過充、過放和熱沖擊等等安全性測試項目。

  從長期來看，主要還是要開展新體系電池的基礎(chǔ)性研究工作，包括鋰空氣、鋰硫、全固態(tài)電池等新體系電池的研究。目前實驗室階段，鋰空氣電池能量密度可以做到700瓦時/公斤，鋰硫電池的能量密度可以做到500瓦時/公斤，固態(tài)電池的能量密度可以做到300瓦時/公斤。下一步，需要進一步提升它們的循環(huán)性能、倍率性能，包括體積能量密度等技術(shù)相關(guān)方面的研究內(nèi)容。

  目前，動力電池主要在國內(nèi)有四大產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)，包括珠三角、長三角、京津和中原地區(qū)，形成了較為完善的產(chǎn)業(yè)鏈，動力電池的配套量逐年在提升。2019年動力電池的配套量達到了62.6個GWh。從電池企業(yè)的數(shù)量來看，2019年由頂峰時的144家降低為80家左右的水平，目前整個電池行業(yè)的產(chǎn)能規(guī)模超過了4000億瓦時，但是優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能和優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品現(xiàn)在還處于一個供不應(yīng)求的局面。

  第四方面介紹一下電池的安全性技術(shù)。

  隨著新能源汽車保有量不斷增長，著火等安全事故呈現(xiàn)多發(fā)的態(tài)勢。從初步統(tǒng)計的結(jié)果來看，充電過程中和無事故，這種無事故指的是無任何癥狀下新能源汽車發(fā)生安全事故，這兩類是新能源汽車安全事故的主要原因。

  在無事故癥狀情況下發(fā)生安全事故的比例高，通過前面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我們可以看到是這樣一個情況，需要我們從動力電池全鏈條的角度來進行安全風(fēng)險的控制，包括材料、電芯制造、系統(tǒng)集成、實際使用、測試驗證和安全監(jiān)控。

  我們通過智能制造，來提升動力電池的品質(zhì)，包括它的一致性、安全可靠性和安全性等等。我們也要從電池材料，電池系統(tǒng)，三個層次來加強全生命周期、全工況條件下安全可靠性的測試驗證工作。還要從電池級、企業(yè)級、國家級三級安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)開展安全監(jiān)控工作，通過大數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)潛在的安全風(fēng)險，并提出預(yù)警方案，及時采取措施，比如像更換電池，電池管理系統(tǒng)參數(shù)閾值的一些調(diào)整等等，這些方面我們也要做大量工作。

  第五點，介紹一下當(dāng)前幾個技術(shù)創(chuàng)新的熱點。

  這是比亞迪開發(fā)的刀片電池技術(shù)，通過刀片電池技術(shù)提高了電極內(nèi)部的體積利用率和電池系統(tǒng)的體積利用率。寧德時代開發(fā)的CTP技術(shù)、天津捷威開發(fā)的大模組技術(shù)，這些技術(shù)提高了電池系統(tǒng)的體積利用率，從而也提高了電池系統(tǒng)的能量密度。就是說我們在一定的體積空間內(nèi)可以多裝一些電池，在體積利用率提高的情況下，我們可以把電池的能量密度做進一步提升。

  當(dāng)然我們在CTP和大模組技術(shù)方面，還需要在以下幾方面加強研究工作：第一是加強長模組、熱擴散的考核驗證工作。二是提升CTP，或者說大模組里面電池的單體維修和更換的便利性，這方面也要做比較多的工作。第三是我們要研究車型適配的廣泛性，對CTP和大模組技術(shù)進行比較好的拓展應(yīng)用。

  無鈷電池可以降低對鈷元素的依賴度，將來有望降低電池的制造成本。蜂巢開發(fā)的無鈷電池能量密度已經(jīng)達到了240瓦時/公斤，綜合性能看起來還是比較不錯的。

  針對安全事故頻發(fā)的態(tài)勢，電池系統(tǒng)熱擴散測試方法和它的相應(yīng)測試規(guī)程現(xiàn)在還是急需開展深入的研究工作，如何實現(xiàn)熱失控觸發(fā)的可重復(fù)性和熱擴散實驗的可重復(fù)性，目前是世界級的難題，整車企業(yè)和電池企業(yè)對這方面的內(nèi)容非常關(guān)注，在人力、物力、財力方面投入是很大的，現(xiàn)在也在開展比較深入的研究工作。

  隨著新能源汽車保有量的快速增長，新能源汽車使用年限到期后，需要開展退役電池的梯級利用和資源回收。從目前的情況來看，磷酸鐵鋰主要是進行梯級利用，資源回收的價值還是比較低的，三元電池主要進行資源回收，現(xiàn)在梯級利用的還比較少。隨著動力電池制造水平的提升和退役電池數(shù)量的增大，兩類電池的梯級利用和資源回收技術(shù)和經(jīng)濟性均可以實現(xiàn)，從而實現(xiàn)動力電池全生命周期的可持續(xù)循環(huán)發(fā)展。

  最后介紹一下動力電池行業(yè)需要重視的幾個問題：第一個，我們一定要把安全性放在首位，包括從設(shè)計的角度，從考核驗證的角度，從應(yīng)用的角度，我們把安全性要放在首位，去做一個比較充分的考慮。第二是通過數(shù)字化工廠的使用，來提高動力電池的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的品質(zhì)，CPK值我們力爭要達到2.0以上。第三個是提升電池系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)的能力和水平，像電池的熱管理技術(shù)、熱擴散的防控技術(shù)和電池系統(tǒng)高電壓技術(shù)，我們都要做相應(yīng)的技術(shù)開發(fā)。第四個是提升電池和電池系統(tǒng)的標準化水平，來加強尤其是動力電池系統(tǒng)的全生命周期的考核和驗證。在這個驗證里面，是以安全可靠性作為重點，同時在循環(huán)耐久和環(huán)境適應(yīng)性方面也要加強。最后一點，是加強新材料和新體系電池的基礎(chǔ)研究工作，像固態(tài)電池、鋰硫電池、鋰空氣電池，從基礎(chǔ)研究方面要開展深入的工作。

  我的報告就講到這里，請大家多提寶貴意見，謝謝！