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。

“電池的產業(yè)規(guī)模會達到我們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)，所以生產制造性能更優(yōu)、消耗更低、生產成本更低的技術，是我們共同追求的方向?！币速e天原集團股份有限公司常務副總裁、宜賓鋰寶新材料有限公司董事長兼總經理王政強表示。

在動力電池生產制造端，企業(yè)和機構在降本增效方面的探索涉及材料、技術、標準等多個方面，包括正極材料、負極材料的材料創(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)電池的技術路線；減少電芯產線數(shù)量與電池包規(guī)格，提高產品生產和應用上的通用性。

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家吳凱表示，目前鋰電池商業(yè)化的化學體系主要是兩類——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，但是鈷會導致可逆性降低的現(xiàn)象，因此無鈷產品的商業(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97%，92%。

據(jù)吳凱介紹，三元正極材料之所以使用鎳、鈷，是因為它們是過渡金屬，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，“我們今天在實驗室里能合成出來，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新能源選擇更激進地去鋰，即使用容量更高、密度更低的硫正極和鋰負極活性材料，研發(fā)基于液態(tài)電解質的鋰硫電池。

“我們可以實現(xiàn)高能量密度、輕量化的鋰硫電池，最高比能量超過500Wh/kg，因為我們硫是最便宜的正極活性材料，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?！盠G新能源副總裁孫權男表示。

從半固態(tài)電池到固態(tài)電池

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

在此背景下，更具技術顛覆性的全固態(tài)電池正獲得業(yè)界更多關注。中國工程院外籍院士、加拿大皇家科學院院士、加拿大國家工程院院士孫學良表示，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，不存在燃燒、漏液、腐蝕等風險，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。與氧化物基全固態(tài)電池相比，它無需高溫燒結工藝，具有更高的離子導電率和軟力學性能。與半固態(tài)電池相比，因為零液體系統(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?！睂O權男表示。

小鵬匯天動力總成中心總經理侯聰表示，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”，因為電動飛行器對電池安全性的要求比電動汽車更高。在當前的法規(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會。

但全固態(tài)電池面臨著技術不夠成熟、制造成本偏高的問題。在孫學良看來，固態(tài)電池的開發(fā)至少包括兩大挑戰(zhàn)，固態(tài)電解質跟正極材料，需要解決它們導致的一系列問題，如應力、擴散、反應等這些界面的控制，另外負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)階段的重點目標。王政強認為，目前從全液態(tài)到全固態(tài)電池，可能需要經歷半固態(tài)或者是準固態(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)電解質優(yōu)點有：第一，由于它的可塑性，可以使界面接觸緊密；第二，能更輕易的實現(xiàn)混合化學體系。LG新能源計劃在2026年前實現(xiàn)“安全改進型”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)，能夠實現(xiàn)電池級別沒有火災和爆炸的絕對安全。

減少產線數(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，蜂巢能源的目標是，未來在產品結構上追求車儲平臺化。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，動儲的產品平臺化、產線的共通化會成為一個趨勢。

根據(jù)市場調研機構SNE Research統(tǒng)計，2022 年全球新能源車動力電池使用量達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遠超過動力現(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。

除了減少電芯產線的數(shù)量，統(tǒng)一電池包規(guī)格也被認為能夠有效降本。2018年，國家標準化管理委員會頒布GB/T34013-2017，即《電動汽車用動力蓄電池產品規(guī)格尺寸》國家標準，其中動力電池一共多達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、經濟委員會副主任苗圩認為，“電池規(guī)格尺寸還是偏多，適用性并不強。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)格尺寸標準，減少規(guī)格，進行標準化生產，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。這種模塊化的應用，在單體、模組端都可以實現(xiàn)大規(guī)模自動化生產，大幅度降低生產成本”。