换材料、改技术、调标准，动力电池降本增效的“新药方”

今年以来，随着碳酸锂价格大幅跳水，每吨一度跌至20万元一下，业界对动力电池上游的关注度也明显降温。在上游资源端影响大幅降低的情况下，动力电池如何在中下游各个环节进一步降本增效，成为了近日2023世界动力电池大会上的核心话题之一。

  “电池的产业规模会达到我们GDP的4%以上，新能源发电会占50%，锂镍资源消耗会达30%以上，制造1kwh电池大概需要200kWh的能耗，动力电池发展对我们的能源也是一个挑战，所以生产制造性能更优、消耗更低、生产成本更低的技术，是我们共同追求的方向。”宜宾天原集团股份有限公司常务副总裁、宜宾锂宝新材料有限公司董事长兼总经理王政强表示。

  在动力电池生产制造端，企业和机构在降本增效方面的探索涉及材料、技术、标准等多个方面，包括正极材料、负极材料的材料创新，减少甚至不在使用镍、钴等价格较高的元素；为实现更高能量密度和安全性，布局液态电池-半固态电池-全固态电池的技术路线；减少电芯产线数量与电池包规格，提高产品生产和应用上的通用性。

  去镍，去钴，甚至去锂

  宁德时代新能源科技股份有限公司首席科学家吴凯表示，目前锂电池商业化的化学体系主要是两类——铁锂与三元，三元材料的密度更高，但成本也更高，宁德时代的降本思路是既保持三元的能量密度，又把成本降到比铁锂还低，锂电池必须有锂，贵就贵在镍和钴上，它们明显比铁贵，需要把它们替换掉。

  在宁波容百新能源科技股份有限公司联席总裁、中央研究院院长李琮熙看来，在正极材料的主要金属元素中，钴的价格最高，而且具有不稳定性，钴的协同作用不能被忽视，但是钴会导致可逆性降低的现象，因此无钴产品的商业化需求是必然的。

  资料显示，作为三元材料的组成元素，钴比锂更加具有稀缺性，全球锂资源(折合碳酸锂)已探明储量约3.74亿吨，而全球钴已探明储量仅约710万吨。从供应链安全上看，根据中汽数据有限公司披露的数据，我国钴、镍三类金属资源的对外依存度均很高，分别达97%，92%。

  据吴凯介绍，三元正极材料之所以使用镍、钴，是因为它们是过渡金属，能够变价。非金属类的材料往往更便宜，但也不是完全不能变价，“我们今天在实验室里能合成出来，叫做没有过渡金属的这种材料，容量比三元材料还要高一些，压在密度那儿差不多，成本比铁锂还低，能做到每公斤500瓦时，从天马行空的角度是完全可行的，当然离落地还有距离”。

  不同于宁德时代去镍、去钴的路线，LG新能源选择更激进地去锂，即使用容量更高、密度更低的硫正极和锂负极活性材料，研发基于液态电解质的锂硫电池。

  “我们可以实现高能量密度、轻量化的锂硫电池，最高比能量超过500Wh/kg，因为我们硫是最便宜的正极活性材料，与锂离子电池相比，可以降低30%至40%的材料成本。这种轻型电池将应用于航空，如高空伪卫星和城市空中交通系统，以及重型电卡和电动大巴等商用车。”LG新能源副总裁孙权男表示。

  从半固态电池到固态电池

  近年来，动力电池的续航里程和补能效率持续提升，但安全方面的短板仍然突出。应急管理部公布过一组数据：2022年一季度国内新能源汽车火灾事故数量为640起，同比上升32%，高于交通工具火灾平均(8.8%)增幅，平均每日超7起火灾。

  在此背景下，更具技术颠覆性的全固态电池正获得业界更多关注。中国工程院外籍院士、加拿大皇家科学院院士、加拿大国家工程院院士孙学良表示，发展固态电池是为了安全性，也是为了更高能量密度，“（固态电池）大家讨论的（时间）窗口应该是2025-2030年期间，特别是2025年，可能是小批量的，那么2030年可能会更大的量来发展”。

  据了解，固态电池与主流的液态电池工作原理并无区别,主要区别在于固态电池采用固态电解质取代了原有的隔膜与电解液，固态锂电池没有液态可燃电解质，不存在燃烧、漏液、腐蚀等风险，因此安全性高。

  “基于硫化物的全固态电池具有几个优点。与氧化物基全固态电池相比，它无需高温烧结工艺，具有更高的离子导电率和软力学性能。与半固态电池相比，因为零液体系统和100摄氏度以上的卓越耐高温性，全固态电池可谓是最安全的电池。”孙权男表示。

  小鹏汇天动力总成中心总经理侯聪表示，固态电池高能量密度、高安全的特性对于飞行汽车而言是“雪中送炭”，因为电动飞行器对电池安全性的要求比电动汽车更高。在当前的法规中，锂电池在汽车上会做1米的跌落测试，航空上则会有15.2米的跌落测试，这是一个巨大的挑战，今年上半年欧洲的航空局关于电动飞行器动力电池的一个新法案中要求，20%的电芯发生热失控，飞行器依然可以安全降落，并且让乘客有逃生的机会。

  但全固态电池面临着技术不够成熟、制造成本偏高的问题。在孙学良看来，固态电池的开发至少包括两大挑战，固态电解质跟正极材料，需要解决它们导致的一系列问题，如应力、扩散、反应等这些界面的控制，另外负极也需要解决体积膨胀等问题。

  为兼顾成本与安全，推动半固态电池商业化成为了部分企业现阶段的重点目标。王政强认为，目前从全液态到全固态电池，可能需要经历半固态或者是准固态到若干阶段，涉及含液量逐渐降低的发展模式。

  孙权男表示，LG新能源一直在开发基于聚合物的半固态电池，这种半固态电解质优点有：第一，由于它的可塑性，可以使界面接触紧密；第二，能更轻易的实现混合化学体系。LG新能源计划在2026年前实现“安全改进型”聚合物基半固态电池商业化。随后，将使用更高容量的负极，如硅或金属锂，来提升能量密度。最后，随着硫化物基全固态电池的开发，能够实现电池级别没有火灾和爆炸的绝对安全。

  减少产线数量与电池规格

  蜂巢能源科技股份有限公司董事长兼CEO杨红新表示，蜂巢能源的目标是，未来在产品结构上追求车储平台化。动力电池和储能电池的规模将越来越接近，在这种情况下，动储的产品平台化、产线的共通化会成为一个趋势。

  根据市场调研机构SNE Research统计，2022 年全球新能源车动力电池使用量达517.9 GWh，同比增长71.8%；2022 年全球储能电池出货量122.2GWh，同比增长175.2%。

  “（储能类的）企业绝大部分是不做电芯的，是买电芯的，这都是我们的客户，如果哪家客户需求的电芯种类都不一样，千奇百怪，那么诞生出来的电芯的种类可能会远远超过动力现在的种类……所以储能的平台化的这个事情也非常的重要。”杨红新称。

  杨红新认为，虽然行业需要平台化，但平台化的挑战也将非常艰巨的，需要找到一个切入点推动。用户端追求的是极致的安全、快充能力和成本以及高的能量密度，“短刀铁锂+三元大圆柱”是未来非常好的方案，它的短续航是至少500-600公里，加上低成本的800V，兼顾了成本、充电效率等。

  除了减少电芯产线的数量，统一电池包规格也被认为能够有效降本。2018年，国家标准化管理委员会颁布GB/T34013-2017，即《电动汽车用动力蓄电池产品规格尺寸》国家标准，其中动力电池一共多达145种规格，包括圆型电池6种，方型电池125种，软包14种。

  全国政协常委、经济委员会副主任苗圩认为，“电池规格尺寸还是偏多，适用性并不强。未来随着行业集中度提升，由行业组织动力电池企业修订动力电池规格尺寸标准，减少规格，进行标准化生产，这是将来提高竞争力的一个很重要也很紧迫的工作。根据不同的续航里程和动力要求，提供不同的电池容量，以满足不同的需求。这种模块化的应用，在单体、模组端都可以实现大规模自动化生产，大幅度降低生产成本”。