文/濮振宇

今年以來，隨著碳酸鋰價格大幅跳水，每噸一度跌至20萬元一下，業(yè)界對動力電池上游的關(guān)注度也明顯降溫。在上游資源端影響大幅降低的情況下，動力電池如何在中下游各個環(huán)節(jié)進(jìn)一步降本增效，成為了近日2023世界動力電池大會上的核心話題之一。

“電池的產(chǎn)業(yè)規(guī)模會達(dá)到我們GDP的4%以上，新能源發(fā)電會占50%，鋰鎳資源消耗會達(dá)30%以上，制造1kwh電池大概需要200kWh的能耗，動力電池發(fā)展對我們的能源也是一個挑戰(zhàn)，所以生產(chǎn)制造性能更優(yōu)、消耗更低、生產(chǎn)成本更低的技術(shù)，是我們共同追求的方向。”宜賓天原集團(tuán)股份有限公司常務(wù)副總裁、宜賓鋰寶新材料有限公司董事長兼總經(jīng)理王政強(qiáng)表示。

在動力電池生產(chǎn)制造端，企業(yè)和機(jī)構(gòu)在降本增效方面的探索涉及材料、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等多個方面，包括正極材料、負(fù)極材料的材料創(chuàng)新，減少甚至不在使用鎳、鈷等價格較高的元素；為實(shí)現(xiàn)更高能量密度和安全性，布局液態(tài)電池-半固態(tài)電池-全固態(tài)電池的技術(shù)路線；減少電芯產(chǎn)線數(shù)量與電池包規(guī)格，提高產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用上的通用性。

去鎳，去鈷，甚至去鋰

寧德時代新能源科技股份有限公司首席科學(xué)家吳凱表示，目前鋰電池商業(yè)化的化學(xué)體系主要是兩類——鐵鋰與三元，三元材料的密度更高，但成本也更高，寧德時代的降本思路是既保持三元的能量密度，又把成本降到比鐵鋰還低，鋰電池必須有鋰，貴就貴在鎳和鈷上，它們明顯比鐵貴，需要把它們替換掉。 

在寧波容百新能源科技股份有限公司聯(lián)席總裁、中央研究院院長李琮熙看來，在正極材料的主要金屬元素中，鈷的價格最高，而且具有不穩(wěn)定性，鈷的協(xié)同作用不能被忽視，但是鈷會導(dǎo)致可逆性降低的現(xiàn)象，因此無鈷產(chǎn)品的商業(yè)化需求是必然的。

資料顯示，作為三元材料的組成元素，鈷比鋰更加具有稀缺性，全球鋰資源(折合碳酸鋰)已探明儲量約3.74億噸，而全球鈷已探明儲量僅約710萬噸。從供應(yīng)鏈安全上看，根據(jù)中汽數(shù)據(jù)有限公司披露的數(shù)據(jù)，我國鈷、鎳三類金屬資源的對外依存度均很高，分別達(dá)97%，92%。

據(jù)吳凱介紹，三元正極材料之所以使用鎳、鈷，是因?yàn)樗鼈兪沁^渡金屬，能夠變價。非金屬類的材料往往更便宜，但也不是完全不能變價，“我們今天在實(shí)驗(yàn)室里能合成出來，叫做沒有過渡金屬的這種材料，容量比三元材料還要高一些，壓在密度那兒差不多，成本比鐵鋰還低，能做到每公斤500瓦時，從天馬行空的角度是完全可行的，當(dāng)然離落地還有距離”。

不同于寧德時代去鎳、去鈷的路線，LG新能源選擇更激進(jìn)地去鋰，即使用容量更高、密度更低的硫正極和鋰負(fù)極活性材料，研發(fā)基于液態(tài)電解質(zhì)的鋰硫電池。

“我們可以實(shí)現(xiàn)高能量密度、輕量化的鋰硫電池，最高比能量超過500Wh/kg，因?yàn)槲覀兞蚴亲畋阋说恼龢O活性材料，與鋰離子電池相比，可以降低30%至40%的材料成本。這種輕型電池將應(yīng)用于航空，如高空偽衛(wèi)星和城市空中交通系統(tǒng)，以及重型電卡和電動大巴等商用車。”LG新能源副總裁孫權(quán)男表示。

從半固態(tài)電池到固態(tài)電池

近年來，動力電池的續(xù)航里程和補(bǔ)能效率持續(xù)提升，但安全方面的短板仍然突出。應(yīng)急管理部公布過一組數(shù)據(jù)：2022年一季度國內(nèi)新能源汽車火災(zāi)事故數(shù)量為640起，同比上升32%，高于交通工具火災(zāi)平均(8.8%)增幅，平均每日超7起火災(zāi)。

在此背景下，更具技術(shù)顛覆性的全固態(tài)電池正獲得業(yè)界更多關(guān)注。中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學(xué)院院士、加拿大國家工程院院士孫學(xué)良表示，發(fā)展固態(tài)電池是為了安全性，也是為了更高能量密度，“（固態(tài)電池）大家討論的（時間）窗口應(yīng)該是2025-2030年期間，特別是2025年，可能是小批量的，那么2030年可能會更大的量來發(fā)展”。

據(jù)了解，固態(tài)電池與主流的液態(tài)電池工作原理并無區(qū)別,主要區(qū)別在于固態(tài)電池采用固態(tài)電解質(zhì)取代了原有的隔膜與電解液，固態(tài)鋰電池沒有液態(tài)可燃電解質(zhì)，不存在燃燒、漏液、腐蝕等風(fēng)險，因此安全性高。

“基于硫化物的全固態(tài)電池具有幾個優(yōu)點(diǎn)。與氧化物基全固態(tài)電池相比，它無需高溫?zé)Y(jié)工藝，具有更高的離子導(dǎo)電率和軟力學(xué)性能。與半固態(tài)電池相比，因?yàn)榱阋后w系統(tǒng)和100攝氏度以上的卓越耐高溫性，全固態(tài)電池可謂是最安全的電池。”孫權(quán)男表示。

小鵬匯天動力總成中心總經(jīng)理侯聰表示，固態(tài)電池高能量密度、高安全的特性對于飛行汽車而言是“雪中送炭”，因?yàn)殡妱语w行器對電池安全性的要求比電動汽車更高。在當(dāng)前的法規(guī)中，鋰電池在汽車上會做1米的跌落測試，航空上則會有15.2米的跌落測試，這是一個巨大的挑戰(zhàn)，今年上半年歐洲的航空局關(guān)于電動飛行器動力電池的一個新法案中要求，20%的電芯發(fā)生熱失控，飛行器依然可以安全降落，并且讓乘客有逃生的機(jī)會。

但全固態(tài)電池面臨著技術(shù)不夠成熟、制造成本偏高的問題。在孫學(xué)良看來，固態(tài)電池的開發(fā)至少包括兩大挑戰(zhàn)，固態(tài)電解質(zhì)跟正極材料，需要解決它們導(dǎo)致的一系列問題，如應(yīng)力、擴(kuò)散、反應(yīng)等這些界面的控制，另外負(fù)極也需要解決體積膨脹等問題。

為兼顧成本與安全，推動半固態(tài)電池商業(yè)化成為了部分企業(yè)現(xiàn)階段的重點(diǎn)目標(biāo)。王政強(qiáng)認(rèn)為，目前從全液態(tài)到全固態(tài)電池，可能需要經(jīng)歷半固態(tài)或者是準(zhǔn)固態(tài)到若干階段，涉及含液量逐漸降低的發(fā)展模式。

孫權(quán)男表示，LG新能源一直在開發(fā)基于聚合物的半固態(tài)電池，這種半固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)點(diǎn)有：第一，由于它的可塑性，可以使界面接觸緊密；第二，能更輕易的實(shí)現(xiàn)混合化學(xué)體系。LG新能源計劃在2026年前實(shí)現(xiàn)“安全改進(jìn)型”聚合物基半固態(tài)電池商業(yè)化。隨后，將使用更高容量的負(fù)極，如硅或金屬鋰，來提升能量密度。最后，隨著硫化物基全固態(tài)電池的開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)電池級別沒有火災(zāi)和爆炸的絕對安全。

減少產(chǎn)線數(shù)量與電池規(guī)格

蜂巢能源科技股份有限公司董事長兼CEO楊紅新表示，蜂巢能源的目標(biāo)是，未來在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上追求車儲平臺化。動力電池和儲能電池的規(guī)模將越來越接近，在這種情況下，動儲的產(chǎn)品平臺化、產(chǎn)線的共通化會成為一個趨勢。

根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)SNE Research統(tǒng)計，2022 年全球新能源車動力電池使用量達(dá)517.9 GWh，同比增長71.8%；2022 年全球儲能電池出貨量122.2GWh，同比增長175.2%。

“（儲能類的）企業(yè)絕大部分是不做電芯的，是買電芯的，這都是我們的客戶，如果哪家客戶需求的電芯種類都不一樣，千奇百怪，那么誕生出來的電芯的種類可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過動力現(xiàn)在的種類……所以儲能的平臺化的這個事情也非常的重要。”楊紅新稱。

楊紅新認(rèn)為，雖然行業(yè)需要平臺化，但平臺化的挑戰(zhàn)也將非常艱巨的，需要找到一個切入點(diǎn)推動。用戶端追求的是極致的安全、快充能力和成本以及高的能量密度，“短刀鐵鋰+三元大圓柱”是未來非常好的方案，它的短續(xù)航是至少500-600公里，加上低成本的800V，兼顧了成本、充電效率等。

除了減少電芯產(chǎn)線的數(shù)量，統(tǒng)一電池包規(guī)格也被認(rèn)為能夠有效降本。2018年，國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會頒布GB/T34013-2017，即《電動汽車用動力蓄電池產(chǎn)品規(guī)格尺寸》國家標(biāo)準(zhǔn)，其中動力電池一共多達(dá)145種規(guī)格，包括圓型電池6種，方型電池125種，軟包14種。

全國政協(xié)常委、經(jīng)濟(jì)委員會副主任苗圩認(rèn)為，“電池規(guī)格尺寸還是偏多，適用性并不強(qiáng)。未來隨著行業(yè)集中度提升，由行業(yè)組織動力電池企業(yè)修訂動力電池規(guī)格尺寸標(biāo)準(zhǔn)，減少規(guī)格，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，這是將來提高競爭力的一個很重要也很緊迫的工作。根據(jù)不同的續(xù)航里程和動力要求，提供不同的電池容量，以滿足不同的需求。這種模塊化的應(yīng)用，在單體、模組端都可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模自動化生產(chǎn)，大幅度降低生產(chǎn)成本”。