客车电池能量密度提升与关联产业链浅析

　　网传2018年新能源汽车补贴将大幅度退坡，其中补贴调整方案中对动力电池能量密度要求提高，调整方案如下：

　　根据锂电大数据统计，我国动力电池单体能量密度由5年前的120Wh/kg提升到现在的200Wh/kg以上。5年的时间，中国动力电池企业一直在奋力追赶。

　　2017年3月1日，国家工信部等四部委联合颁布《促进汽车动力电池发展行动方案》通知，其中指出到2020年，锂离子动力申池单体比能量超过300 Wh/Kg;系统比能量力争达到260Wh/Kg;到2025年，单体比能量达500Wh/kg。

　　为了达到这一要求并实现这一目标，众多动力电池企业发布了能量密度提升规划，力争于2020年达到300Wh/kg左右的水平。政策要求或许会起到一定程度的推动作用。
　

　　综合目前各方面的信息来分析，2018年补贴提前退坡已是大概率事件，对新能源客车动力电池能量密度大幅提升既是政策指向，也是下一步成为市场发展的必然趋势，从而成为客车动力电池企业及产业链上下游关注的焦点。随着人们对电动客车续航里程等要求的不断提高，希望与压力也同时放在了动力电池的身上，而在看清动力电池的重要性的同时，也必须关注到与客车电池能量密度息息相关的其他产业链发展的重要性。

　　二、客车动力电池能量密度的提升离不开材料产业的发展，只有材料技术和产业走在高比能量电池的前面，才会有效提升电池的能量密度。

　　根据市场调研，客车动力电池生产企业多采用钢材料制作动力电池托盘，现在很多企业都在以铝合金材料为主。铝合金的密度为2.7 g/c m3，无论在压缩还是焊接等方面，铝合金材质都已非常优秀。而镁合金的密度为1.8 g/ c m3，碳纤维是1.5 g/ c m3，这些材料用来生产电池托盘，将可以极大地提高新能源整车的轻量化水平。目前轻量化技术仍在不断发展中，未来也将有更多轻量化材料问世。专家认为，不仅应研究电池托盘材质的轻量化，从动力电池单体到系统，都要考虑材质的轻量化问题，这样才能最大限度地提高客车动力电池的能量密度。

　　轻量化需要减轻配件重量，但不能降低配件的强度，因此材料的坚固性需要考虑。另外，采用更轻的材料，将会面临成本上涨的问题。因此在动力电池成本还未大规模下降的情况下，实现整车轻量化的当务之急是研发出更可靠、经济的轻量化材料。在此方面，国外研究发展情况较好。2016年，沃尔沃就宣布电动汽车电池轻量化进入实用化测试阶段。沃尔沃表示，如果将目前的电动汽车电池全部更换成新型轻量化材料，可以降低车重超15%，而且材料成本更低也更为环保。但我国在这方面的研究和应用上还比较滞后，须努力追上国外企业的步伐。

　　毫无疑问，动力电池是新能源客车的心脏，是新能源客车发展的关键，新能源客车能走多远，主要取决于动力电池，而作为衡量动力电池技术重要指标的能量密度又制约于一些相关产业化指标的实现途径，因此作为关键指标的电池能量密度，如何在提升比能量的同时兼顾安全性、循环性、倍率等指标，这离不开材料产业的而发展，并且只有材料产业走在高比能量电池的前面，才会更能促进电池能量密度的有效提升。

　　专家认为，要提高电池能量密度，材料要先行一步，研制出具有新型异质结构的高比容量、高倍率富锂锰基无钴氧化物正极材料，还有通过尖晶石皮肤层等构造及富锂材料在纳米尖晶石包覆后获得比容量和倍率性能上的双重改善;负极材料方面则以有机硅工业生产过程中产生的工业废料为原材料，通过导电聚合物包裹，实现硅纳米离子与导电的的柔性组装。具体领域可能会涉及到：

　　1、高比能体系领域：从“轻元素、多电子反应”材料入手，结合多离子效应，发展高活性电极材料，构建高比能二次电池新体系;

　　2、高能量密度的高功率体系领域：通过多维多尺度电极材料界面功能调控，实现电池的高能量和高功率密度;

　　三、客车动力电池能量密度的提升离不开安全技术的支持，只有安全技术同步发展，才能保证电池能量密度的顺利提升。

　　众所周知，安全性能如何是近年新能源客车最关注的话题之一。根据市场调研得知，新能源客车安全事故主要是由于动力电池的安全性不高引发的。引发客车动力电池产生事故的原因占比大致如下图：

　　专家认为，对动力电池的安全性技术，根本上要从调节和切断电极反应的基元步骤入手，提高单体电池的安全性;通过探究电池的安全阈值边界，提高电池系统安全性。通过对化成、注液等关键制备工艺和设备的升级改造，提高电池制造及使用的安全性。试想，如果新能源客车动力电池始终处于安全隐患之中，那提升其能量密度能进行吗?因此，只有客车动力电池安全技术的同步发展，才能保证电池能量密度的顺利进行，这一点已经成为业内共识。

　　四、提升客车动力电池能量密度，降低成本技术势在必行，否则市场不会接受。

　　根据锂电大数据了解到，电池系统的价格从5年前的3.5元/Wh降低到1.8元/Wh以下。2017年磷酸铁锂电池价格的降幅约为20%-30%，三元电池的降价幅度则在10%-15%左右。在今年正极、负极材料市场又迎来一波涨价潮，以及补贴退坡带来的成本压力的双重重压之下，电池降价任重而道远。

　　目前可以通过

　　1、提升轻量化水平;2、优化电芯封装方式;3、提升电池PACK成组效率; 4、做大单体电芯这四大路径来实现动力电池降本。

　　专家认为，还可以通过采用高比容量正、负极和高电压电解质材料研制出能量密度为319wh/kg的锂离子电池。此外，从新能源汽车的发展趋势看，其他材料的高比能量动力电池更应该引起关注，比如锂硫电池其理论能量密度高达2600wh/kg，且其原材料普遍，全国石油化工副产物硫磺产量约1000万吨/每年。而且目前国内对于锂硫电池的难点进行了技术改善和关键材料的定向研发，这将加快推动锂硫电池的研究和应用，这也可以在提高电池能量密度的同时，大大降低动力电池成本。试想，如果动力电池能量密度在不计成本的情况下提升了，那市场会接受天价的新能源客车吗?

　　五、先前的大量的动力电池报废，导致动力电池回收任重而道远，而动力电池回收会促进电池能量密度的良性发展。

　　相关机构统计显示，2020年前后，我国动力电池累计报废量将达到17万吨左右。根据新能源车电池5-8年的报废年限，到2020年将迎来动力电池回收的爆发期。专家预测近几年动力电池报废量(主要是客车动力电池)

　　由此可见，未来3-4年内，我们面临的是严峻的回收考验：安全回收、环保处理、规范循环利用等，是产业发展背后的“终极难题”。

　　2017年8月4日，工信部发布动力电池《规格尺寸》、《编码规则》、《回收利用 余能检测》三项新国标，给动力电池行业带来了新的机遇与挑战。尽管如此，动力电池回收问题依然严峻。

　　缺乏资质的个人和小作坊非法回收报废电池后未经正确处理，对环境造成严重污染，而第三方回收体系及电池企业自有的回收公司目前技术还不是很成熟，且尚未规模化，最大的的问题是电池回收3-5年内难有效益产生，因此，我国的报废电池回收任重而道远，仍须不断的摸索出合适的道路，解决这一“世界级难题”，只有这样，提升客车动力电池的能量密度才有现实意义，才能有效促进动力电池行业的良性发展。