?肖成偉：車用動力電池技術發展趨勢

無論從哪個角度來看，動力電池都是汽車行業電動化轉型最核心的關鍵零部件之一，也是行業內競爭激烈的細分領域。

我國動力電池性能取得長足進步

2024年，全球新能源汽車銷量為1700萬輛，中國約占70%市場份額，已連續10年位列全球第一。2025年中國新能源汽車的銷量預計約為1400~1600萬輛。從動力電池配套量來看，2024年約為0.5TWh，約占全球60%~70%的市場份額，這一規模為中國汽車行業的電動化轉型、全球汽車市場的電動化轉型做出了巨大貢獻和強有力支撐。在動力電池全球銷量前十排名中，中國企業占六席。目前，我們已培育出世界級的動力電池企業，如寧德時代、比亞迪等。

伴隨著新能源汽車行業的快速發展，動力電池的技術水平亦在快速前進。從“十三五”時期到“十四五”時期，動力電池的各項技術指標均有了明顯進步。單就動力電池能量密度而言，行業普遍希望動力電池的能量密度能達到400W/kg，下一代鋰離子電池將向500W/kg努力。在這一方面，離不開國家級項目支持的扶持。

從車用動力電池的發展路徑來看，依舊是基于鋰離子動力電池，我們經過了液態磷酸鐵鋰、液態三元鋰，到目前固液混合動力電池，未來將向全固態動力電池的新電池體系發展；在電池型態上，主要以方形和大圓柱為主，軟包電池占比較小。大圓柱電池多為46系列（4680、4695、46120為主）。對于方形電池而言，無論是“長刀”還是“短刀”磷酸鐵鋰電池，基本可做到190Wh/kg的水平，體積能量密度可達400Wh/L的標準。

發展固態電池有助于提升安全性能

在固態電池方面，全球很多企業均在進行研發，國內很多科研院所和高校也在持續投入。總體來看，固態電池電解質可分為氧化物、硫化物、氯化物和聚合物四類，在電池形式上，全固態和固液混合態均有涉及。

目前，磷酸鐵鋰單體電芯可實現150Wh/kg的能量密度，下一步發展方向是提高單體電芯的電壓，例如提升至2.7V，甚至2.8V，通過對負極材料增加硅含量，有望將磷酸鐵鋰單體電芯的能量密度提升至240Wh/kg，按照磷酸鐵鋰電池0.8的成組系數計算，基本可做到200 Wh/kg的系統能量密度，在這種情況下，即便是300 Wh/kg的三元液態電池，系統能量密度也只有210~220 Wh/kg左右（按0.7成組系數計算），磷酸鐵鋰電池依舊有較好的性能優勢，但對于液態電芯而言，再向上提高能量密度便要面臨諸多風險。

從熱失控性能來看，三元液態電池的熱失控的溫度在180℃左右，磷酸鐵鋰液態電池約為220℃左右，而固液混合電池的則為250~260℃，全固態電池的熱失控溫度則可控制在300℃度左右，因而發展固態電池，對于熱失控監測留出了很大冗余。換言之，發展固態電池對于電池的安全性能有了較大提升。

目前，行業出現了一些固液混合態電池的試用案例。如蔚來汽車開發的360Wh/kg固液混合態電池，將150kWh的該類電池配裝在蔚來ET7車型上，可以實現1000公里的續駛里程，這是一個非常具有代表性的產品。當前，很多企業也在進行類似規格的產品研發。

固液混合態電池將長期存在

固液混合態電池是介于液態電池和全固態電池的過渡階段，但這一階段將持續較長時間。下一步動力電池的研發和產業化重點，是材料體系方面的建設。動力電池的正極以高鎳、超高鎳、富鋰錳基是主要產業發展方向；負極材料以硅碳、鋰合金為主；電解質材料以聚合物復合和硫化物這兩類作為產業鏈發展重點。這樣的組合，便會派生出全固態電池不同的技術路線。

我認為，采用聚合物復合電解質的全固態電池有望較早落地。它基本可沿用目前液態電池的生產工藝和生產裝備。此外，硫化物也不失為重要的發展方向。從系統集成角度看，CTC、CTB模式仍需考慮成本問題。因而，模組化、多模組型態或是相對可行的發展方向。

從成本角度而言，固態電池的成本依舊較高，或是目前液態電池的5~10倍。考慮到全固態電池主要配套高端車型，在理想情況下，固態電池形成規模化后，成本將逐漸下降。我們計劃到2027年左右，固態電池能形成百輛到千輛級別的示范運行，到2030年實現配裝千輛車小規模的應用，到2035年實現大規模應用。

新體系電池的發展思路

談及新體系電池的發展，目前主要以鈉離子電池為主，一是用在啟停電池上，這類電池的能量密度相對偏低，基本在140~165Wh/kg左右，若要和磷酸鐵鋰電池競爭，還需要不斷提升它的能量密度，我們計劃將之提升到200Wh/kg，將鈉離子電池也進行固態化，正極采用鎳極氧化物，負極用無鈉負極或鈉合金負極，這一類型電池也得到了政府主管部門的研發支持。

此外，鋰硫電池也屬新體系電池。此前，主要以液態電池為主，能量密度約在230~450Wh/kg之間，循環壽命較低。因為它是液態電池，多硫化物易溶解，我們將多硫化物溶解的情況進行抑制后，能量密度可達600Wh/kg，目前這一類電池還處于技術儲備階段。

全固態電池的定義，還是應依據中國汽車工程學會牽頭制定的團體標準。目前的判定方法是，在真空條件下，進行120℃6小時加熱，若失重率在1%以內，則判定為是全固態電池。無論是硫化物還是聚合物復合電解質，我們認為，這一技術指標也控制在千分之五以內。目前，有很多企業的產品已達到這一水平，這一技術指標對全固態電池的技術推進影響很大。

（本文為中國電子科技集團第十八所研究員、國家重點研發計劃新能源汽車專家組副組長肖成偉 在第五屆車用動力系統國際論壇上的演講內容）