动力电池能量密度显著提升,高镍三元+硅碳实现300wh/kg目标

摘要

“电池企业通过技术升级、产线改造、材料体系优化等措施，我认为三元电池在2020年左右可以实现300wh/kg的要求。”方建华表示。

无论是国家政策导向作用还是竞争后补贴时代，电池单体比能量达300wh/kg都已经成为了众多电池企业努力的目标。

一方面，政策层面对动力电池单体比能量和系统能量密度要求2020年不低于300wh/kg和220wh/kg的指标。另一方面，在补贴退坡的压力之下，主机厂和电池厂都在进行产品的换代升级，为2020年补贴完全退出之后与燃油车展开竞争提前准备。

业内人士普遍认为，动力电池单体比能量达300wh/kg在2020年可以实现，达成的技术路线共识是高镍三元正极搭配硅碳负极，目前已经取得了实质性突破。而中期目标基于富锂锰基/高容量硅碳负极，实现单体超过350wh/kg。

不过，业内人士也指出，单纯的要求动力电池满足能量密度的单一指标意义不大，还要综合考量动力电池的安全性、循环寿命和成本等多重要素，否则不利于高比能动力电池的产业化。

➤动力电池能量密度显著提升

在补贴政策的刺激之下，中国动力电池技术快速发展，本土动力电池企业的电池能量密度在2015年至2018年呈现持续快速上升趋势。

高工锂电结合2018巡回调研以及梳理新能源汽车推进目录等情况发现，当前动力电池企业量产的三元电池单体比能量普遍达220wh/kg-240wh/kg左右，系统能量密度达到140wh/kg-160wh/kg，相比2017年年初单体比能量200wh/kg，系统能量密度120wh/kg有较大提升。

在提升能量密度方面，电池企业主要采用了改进材料和体系和PACK轻量化两大路径。

其中，三元电池主要从此前的NCM523向NCM622再向NCM811/NCA迈进，对能量密度的提升作用较为明显；而磷酸铁锂电池能量密度提升主要是采用做大电芯壳体尺寸，优化PACK结构设计，减轻结构件重量等轻量化手段，在正极材料方面的优化空间较为有限。

具体来看，磷酸铁锂电池系统能量密度普遍已经达到140wh/kg左右，国能电池甚至达到了150wh/kg以上，主要应用在新能源客车领域；而三元电池系统能量密度达到150wh/kg或将成为常态，比亚迪、妙盛动力、遨优电池、力神电池、哈光宇等电池企业甚至率先突破了160wh/kg。

有多位动力电池企业高层对高工锂电表示，公司今年计划量产单体比能量260wh/kg的电池产品，系统能量密度将提升至170wh/kg-180wh/kg左右，新一代高比能动力电池正在研发当中，计划于2020年量产。

➤高镍三元+硅碳实现300wh/kg目标

值得注意的是，尽管近两年中国动力电池技术已经得到显著提升，但距离国家相关政策制定的目标还存在较大差距。

根据《中国制造2025》、《促进汽车动力电池产业发展行动方案》以及《汽车产业中长期发展规划》，到2020年，我国动力电池单体比能量要达到300wh/kg以上，力争实现350wh/kg，系统比能量力争达到260wh/kg、成本降至1元/瓦时以下。

而此前国家发展和改革委员发布的《汽车产业投资管理规定(征求意见稿)》(以下简称《意见稿》)更是明确指出，新建车用动力电池单体/系统投资项目拟生产的产品，除满足国家和行业相关标准外，还应满足能量型电池单体比能量不低于300wh/kg，系统比能量应不低于220wh/kg。

毫无疑问，对比当前主流电池企业的电池能量密度水平，要达到单体300wh/kg，系统220wh/kg的目标存在较大难度，在短期内也难以实现，对电池企业而言是巨大的压力和挑战。

不过，也有业内人士乐观认为，2020年动力电池单体比能量达300wh/kg可以实现，电池企业不必过于担心政策的影响。

以《意见稿》为例，国家科技成果转化基金新能源汽车创业投资子基金执行事务合伙人方建华认为，鉴于目前国内动力电池产能结构性过剩严重，电池企业技术水平良莠不齐，国家通过设定一个技术指标倒逼电池企业技术升级较为可行。

“电池企业通过技术升级、产线改造、材料体系优化等措施，我认为三元电池在2020年左右可以实现300wh/kg的要求。”方建华对高工锂电表示，动力电池企业投建项目采用备案制，技术上达到即可申报备案。从电池技术发展趋势来看，当前申报的项目到2020年建成投产，三元电池达到300wh/kg的难度应该不大。

与此同时，包括中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高，国家“863”计划节能与新能源汽车重大项目总体专家组专家肖成伟等专家也认为，高镍三元正极搭配硅碳负极材料体系的锂离子电池，单体比能量可以达到300wh/kg，但安全性尤其是过充安全性挑战大。

事实上，当前已有宁德时代、国轩高科和力神电池等多家电池企业开发出了电芯单体比能量达300wh/kg的样品，技术路线都是高镍三元+硅碳负极，采用软包封装。同时包括比亚迪、遨优电池、桑顿新能源、捷威动力等多家电池企业也积极研发300wh/kg的产品。

根据产业规划，上述电池企业300wh/kg产品的量产时间都计划在2020年左右，与国家政策提出的目标相吻合。

值得注意的是，单纯的只对电池能量密度提出指标对电池技术路线发展，市场竞争和产品质量等方面也会产生不利影响。

“根据国家指标，只有高镍三元电池、富锂锰基或其它新型电池技术才能满足，这就把磷酸铁锂、锰酸锂等技术路线排除了，这对动力电池产业发展而言是不合适的。”

方建华的建议是，一方面电池企业可以积极参与征求意见，提出合理意见；另一方面，《意见稿》要针对不同的电池技术路线和应用场景进行分类，对能量密度要求作出合理调整。