當(dāng)前，鋰電作為清潔能源的重要組成部分，在動(dòng)力、儲(chǔ)能、消費(fèi)領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用，已經(jīng)成為我國(guó)推動(dòng)能源變革、完成“雙碳”目標(biāo)的重要舉措之一，但安全問題始終是制約鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。特別是近年來，鋰電池燃燒和因電池故障導(dǎo)致的新能源汽車召回事件頻繁發(fā)生，研究鋰電池?zé)崾Э貦C(jī)理和開發(fā)高安全性電池已成為當(dāng)前電池領(lǐng)域亟須解決的關(guān)鍵問題。

　　隨著鋰電行業(yè)的成熟度不斷提升，當(dāng)前各大企業(yè)主要是從技術(shù)上提高電池的安全性，積極布局各項(xiàng)技術(shù)推動(dòng)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

　　通過結(jié)構(gòu)革新和材料迭代提升鋰電池安全性

　　從鋰電池近期發(fā)展來看，主要通過結(jié)構(gòu)革新和現(xiàn)有材料體系的迭代升級(jí)來提升鋰電池的安全性。

　　熱失控是造成電池起火和爆炸的主要原因。目前，我國(guó)鋰電企業(yè)主要是從電芯、模組、封裝方式上進(jìn)行結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和精簡(jiǎn)，以降低電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)。

　　在結(jié)構(gòu)革新方面，可以通過以下三個(gè)維度創(chuàng)新降低電池?zé)崾Э仫L(fēng)險(xiǎn)。一是本征安全。即從單體電池的熱失控機(jī)理著手，在材料層面提升各電芯材料的熱穩(wěn)定性，在工藝層面通過設(shè)計(jì)和制造的改進(jìn)以保證電芯的可靠性。例如，OPPO研發(fā)的“夾心式安全電池”，用復(fù)合集流體代替?zhèn)鹘y(tǒng)集流體，不易斷裂，以解決高鎳三元的安全問題。二是被動(dòng)安全。即在某一個(gè)單體電池?zé)崾Э匾院螅ㄟ^隔熱和散熱的措施來抑制熱蔓延。例如：廣汽埃安研發(fā)的“彈匣電池”、嵐圖汽車發(fā)布的“琥珀”和“云母”電池等都重在深化隔熱解決方案。三是主動(dòng)安全。它的核心是電池管理系統(tǒng)(BMS)，通過大數(shù)據(jù)等技術(shù)對(duì)熱失控進(jìn)行提前預(yù)警。例如，蔚來發(fā)布的“100kWh電池”，在BMS中集成了一個(gè)熱失控傳感器，可以24小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)釅毫Γ瑥亩嵘姵匕踩浴?/p>

　　而在材料迭代升級(jí)方面，則是多種技術(shù)路線同步發(fā)展。在電池正極材料方面，磷酸鐵鋰和三元在我國(guó)占主流地位。由于磷酸鐵鋰材料來源豐富、安全性高、成本低、循環(huán)性能好等優(yōu)勢(shì)，近年來磷酸鐵鋰電池市場(chǎng)需求升溫，出貨量爆發(fā)式增長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)汽車動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟數(shù)據(jù)顯示，2022年國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池裝車總量達(dá)到294.6GWh，同比增長(zhǎng)90.7%。其中，磷酸鐵鋰電池累計(jì)裝車量183.8GWh，占總裝車量62.4%，累計(jì)同比增長(zhǎng)130.2%;三元電池累計(jì)裝車量110.4GWh，占總裝車量37.5%，累計(jì)同比增長(zhǎng)48.6%。從裝機(jī)量上看，2018—2020年，國(guó)內(nèi)磷酸鐵鋰電池的裝車量均低于三元電池。2021年7月，磷酸鐵鋰電池的市場(chǎng)份額反超三元電池，此后便一直保持領(lǐng)先。此外，隨著磷酸鐵鋰因其安全性和經(jīng)濟(jì)性日益受重視，被視為升級(jí)版磷酸錳鐵鋰再次受到熱議，企業(yè)產(chǎn)業(yè)化布局也有所加速。

　　在電池形態(tài)方面，當(dāng)下動(dòng)力電池市場(chǎng)形成了方殼/刀片、軟包、圓柱三種形態(tài)三分天下的局面，憑借高安全性、高能量密度及低成本優(yōu)勢(shì)，大圓柱電池正在成為最受矚目的技術(shù)趨勢(shì)之一。結(jié)合整車實(shí)際需求，目前很多電動(dòng)汽車企業(yè)已經(jīng)敲定了未來5～10年的動(dòng)力電池方案，即經(jīng)濟(jì)型采用方殼或刀片磷酸鐵鋰電池，中高端采用三元+大圓柱電池的布局。

　　降低電解液含量向固態(tài)電池發(fā)展成競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)

　　從鋰電池中期發(fā)展來看，不斷降低電解液含量向固態(tài)電池發(fā)展是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，已成為全球電池行業(yè)下階段競(jìng)爭(zhēng)核心。

　　由于固態(tài)電池具有高安全性，無自燃、爆炸風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)點(diǎn)，且能量密度顯著高于傳統(tǒng)鋰電池，被公認(rèn)為下一代電池技術(shù)路線的發(fā)展方向。目前，電池企業(yè)及整車企業(yè)都積極布局固態(tài)電池技術(shù)，但行業(yè)尚處于半固態(tài)向全固態(tài)發(fā)展的階段，全固態(tài)電池的技術(shù)難題仍有待解決。

　　現(xiàn)階段，我國(guó)在磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池領(lǐng)域的研發(fā)技術(shù)世界領(lǐng)先，以寧德時(shí)代和比亞迪為首的電池企業(yè)在汽車動(dòng)力電池供應(yīng)上處于絕對(duì)龍頭地位，致使歐美日韓等企業(yè)扭轉(zhuǎn)航向，直接投入到大力研發(fā)全固態(tài)電池的路線上，以期在車用動(dòng)力電池領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“換道超車”。日本舉全國(guó)之力開發(fā)全固態(tài)電池，包括制定了詳細(xì)的國(guó)家戰(zhàn)略、組建跨行業(yè)的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，加大研發(fā)投入等，其整體研發(fā)實(shí)力躍居全球首位。以豐田等龍頭企業(yè)為主導(dǎo)，憑借本就領(lǐng)先的材料技術(shù)，正在快速推進(jìn)全固態(tài)電池的商業(yè)化落地;美國(guó)依托SEEO、Solid Power、Solid Energy Systems等一大批初創(chuàng)公司確保其固態(tài)電池技術(shù)的先進(jìn)性;韓國(guó)的三星 SDI、LG化學(xué)、SK創(chuàng)新等電池巨頭則選擇聯(lián)合開發(fā)。相比之下，我國(guó)多家電池及相關(guān)企業(yè)也在攻關(guān)固態(tài)電池，但基本都是各自為政，沒有組建“國(guó)家隊(duì)”，且頭部電池企業(yè)的技術(shù)尚不突出。

　　鈉離子電池或成電池行業(yè)重要備選路線

　　全球鋰資源儲(chǔ)量有限，且分布不均、提取難度較高，而我國(guó)鋰資源儲(chǔ)量?jī)H占全球6%，高度依賴進(jìn)口。隨著新能源汽車的發(fā)展對(duì)電池的需求大幅上升，鋰電資源端的供給瓶頸逐漸顯現(xiàn)。

　　從鋰電池的遠(yuǎn)期發(fā)展來看，受鋰資源短缺限制，資源儲(chǔ)備豐富，具備高安全性和成本優(yōu)勢(shì)的鈉離子電池或?qū)⒊蔀殡姵匦袠I(yè)的重要備選路線。鈉離子電池具有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。一是高安全性。鈉離子化學(xué)性能穩(wěn)定性高，電阻稍高，受熱受冷表現(xiàn)都比鋰離子電池好，示范產(chǎn)品在國(guó)標(biāo)測(cè)試中的熱穩(wěn)定性遠(yuǎn)超安全要求。二是成本優(yōu)勢(shì)。鈉離子電池的正極材料成本僅為鋰電池正極材料成本的40%，集流體成本僅為后者的20%～30%，材料整體成本較鋰電池低30%～40%。三是設(shè)備兼容。鈉離子電池的電解液及隔膜研發(fā)可借鑒鋰電池的成熟技術(shù)，且兩者的生產(chǎn)設(shè)備、工藝相兼容。

　　當(dāng)前，全球鈉離子電池仍處于產(chǎn)業(yè)化初期。在我國(guó)，寧德時(shí)代、中科海鈉、鈉創(chuàng)新能源、星空鈉電等企業(yè)加快研發(fā)鈉離子電池，在材料體系、綜合性能、產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)、示范應(yīng)用、專利布局以及標(biāo)準(zhǔn)制定等方面處于國(guó)際前列，特別是寧德時(shí)代研發(fā)的新一代鈉離子電池，預(yù)計(jì)到2023年率先在全球?qū)崿F(xiàn)鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化與商業(yè)化應(yīng)用。短期看，由于鈉離子電池能量密度較低且提升空間有限，目前多運(yùn)用于能量密度相對(duì)要求不高、成本敏感性較強(qiáng)的儲(chǔ)能和低速動(dòng)力領(lǐng)域。遠(yuǎn)期看，鈉離子電池的定位是最具經(jīng)濟(jì)性的高安全儲(chǔ)能電池，在儲(chǔ)能和低速車市場(chǎng)可替代鋰電池，而在中高端新能源汽車市場(chǎng)仍以鋰電池為主。鈉離子電池與鋰電池將會(huì)形成部分替代、互補(bǔ)協(xié)同的格局。

　　重點(diǎn)從三方面切入提升鋰電池安全性

　　高比能量電池是全球趨勢(shì)，在提高動(dòng)力鋰電池能量密度的同時(shí)如何保證其安全性，需要準(zhǔn)確把握“度”。重在優(yōu)化平衡電池的能量密度、安全性和壽命等多項(xiàng)指標(biāo)。

　　緊跟技術(shù)發(fā)展新動(dòng)向，加強(qiáng)鋰電池安全創(chuàng)新。近期內(nèi)，通過優(yōu)化多種技術(shù)來保障，引導(dǎo)企業(yè)開展固態(tài)電解質(zhì)、阻燃電解液等關(guān)鍵材料技術(shù)研究，加快動(dòng)力電池?zé)崾Э匕踩㈦姵叵到y(tǒng)高壓絕緣安全和碰撞安全、三元材料動(dòng)力電池?zé)岱€(wěn)定性、充電安全防護(hù)等安全技術(shù)攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)電池系統(tǒng)不熱擴(kuò)散的目標(biāo)。遠(yuǎn)期內(nèi)，仍需不斷加強(qiáng)前瞻性的科學(xué)研究以保障安全，比如著力強(qiáng)化固態(tài)電池、金屬空氣電池、鈉離子電池等新一代電池的研發(fā)儲(chǔ)備和產(chǎn)業(yè)化，以示范應(yīng)用加速新型電池產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展，率先形成規(guī)模生產(chǎn)能力。

　　發(fā)揮疊加優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)跨部門跨行業(yè)協(xié)同攻關(guān)。積極開展電池企業(yè)與整車企業(yè)的協(xié)同，在設(shè)計(jì)階段、車輛匹配、熱管理策略、異常狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、測(cè)試與驗(yàn)證等方面開展深入合作;加強(qiáng)電池企業(yè)與消防行業(yè)的協(xié)同，圍繞動(dòng)力電池火災(zāi)案例分析、動(dòng)力電池?zé)崾Э卦缙诨馂?zāi)探測(cè)、長(zhǎng)時(shí)效滅火劑、自動(dòng)滅火裝置等方面開展交流與聯(lián)合研究。

　　搭建高層次的產(chǎn)學(xué)研用合作創(chuàng)新平臺(tái)。充分發(fā)揮寧德時(shí)代、比亞迪、國(guó)軒高科等龍頭企業(yè)在協(xié)同創(chuàng)新體系中的主體作用，聯(lián)合國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、國(guó)家動(dòng)力電池創(chuàng)新中心等力量，開展關(guān)鍵共性技術(shù)和前瞻技術(shù)研究，完善成果分?jǐn)偤屠婀蚕頇C(jī)制，逐步構(gòu)建穩(wěn)固的鋰電池研發(fā)基礎(chǔ)。

　　作者：劉文婷　　來源：中國(guó)電子報(bào)、電子信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)