3月1日，四部委印發了《促進汽車動力電池産業發展行動方案》通知，明确指出了當前動力電池存在的不足和今後的發展方向。通知中将提高電池比能量作為今後的重點發展目标之一，關鍵指标和時間節點如下：

1. 到2020年，锂離子動力電池單體比能量〉300Wh/kg；系統比能量争取達到260Wh/kg；成本<1元/瓦時；使用環境達-30℃到55℃；具備3C充電能力

2. 到2025年，單體比能量達500Wh/kg

3. 力争實現單體電池350Wh/kg、系統260Wh/kg的锂離子電池産品産業化和整車應用

4. 新型動力電池方面，積極推進锂硫電池、金屬空氣電池、固态電池的研究和工程化開發，2020年單體比能量>400Wh/kg、2025年達到500Wh/k

從指标的文字描述中可以看到：第1項指标是要求在锂離子電池體系下實現的，第3項指标應該是在锂離子電池體系下再往前沖一沖，所以提出了“力争實現”。至于第2、4項指标，锂離子電池體系估計無能為力了，必須要開發新的電池體系。

盡管锂硫電池、金屬空氣電池、固态電池的研究曆史已經很長，但是其技術進步還是比較緩慢。如今各種交叉學科發展已經有了較大進步，這将有助于繼續開發這些電池體系，期待能有突破。

經常看到很多媒體報道把“比能量”和“能量密度”混淆了。通常，使用“比能量”來描述單位質量的能量水平(Wh/kg)，用“能量密度”來描述單位體積的能量水平(Wh/L)。

這裡我們來主要看一下在锂離子電池體系下的比能量發展途徑。

· 锂離子電池單體比能量

2016年發布的《節能與新能源汽車技術路線圖》提到了純電動汽車動力電池的比能量目标是2020年350Wh/kg， 2025年是400Wh/kg， 2030年是500Wh/kg。該目标與四部委提出的指标很接近，也在業内引發了熱議。我們梳理一下2016年媒體報道的各大電池企業的比能量目标和實現路徑：

· 比亞迪：三元電池希望在2018年做到240Wh/kg，2020年大概做到300Wh/kg。正極采用高鎳三元材料，負極采用氧化亞矽或納米矽，

· 甯德時代：2016年可以做到200-250Wh/kg，“十三五”期間希望實現350Wh/kg目标，材料體系為高鎳三元/矽碳材料

· 國軒高科：2020年目标是300-350Wh/kg，采用高鎳三元正極材料，矽基負極材料，5V高電壓電解液

· 比克：18650圓柱第四代産品(3.0Ah)普遍可以達到220-230Wh/kg，2017年第五代産品(3.6Ah)的比能量預計可以達到250Wh/kg。比克是較早鎖定三元材料路線的企業。

· 力神：正在開發200-250Wh/kg的産品，圓柱電池已經可以達到250Wh/kg，2020年争取達到300Wh/kg，采用第三代富锂錳基層狀材料和矽負極材料

· 三星SDI：2016年水平為250Wh/kg，預計2030年達到350Wh/kg(可能采用了其他電池體系了)

值得注意的是，甯德時代、天津力神、國軒高科三家電池企業在2016年還入圍了科技部重點專項，該項目的考核指标為：

· 動力電池新材料新體系(基礎前沿類)：考核指标：新型锂離子電池樣品能量密度≥400Wh/kg，新體系電池樣品能量密度≥500Wh/kg

· 高比能量锂離子電池技術(重大共性關鍵技術類)：考核指标：電池單體能量密度≥300Wh/kg，循環壽命≥1500次，成本≤0.8元/Wh，安全性等達到國标要求；年生産能力≥2億瓦時，産品累計銷售≥3000萬瓦時或裝車數量≥1000套。

這些重點專項的考核指标還對循環壽命、安全性能、甚至銷量和産能提出了要求，這對入圍的電池企業也是不小的考驗。

從所有公開的信息可以看到，中國各大電池企業實現300Wh/kg的技術路線可以歸納為：

· 正極材料：高鎳三元，或者富锂錳基

· 負極材料：矽基材料

· 電解液：高壓電解液

· 隔膜：目前還是PP、PE為主，外加陶瓷塗層

下表是2015年歐洲-日本技術研讨會上展示的一組數據，描述了在锂離子電池體系下，實現不同比能量水平可采用的材料體系。可以看到，其實在材料體系的選擇上，各國的情況都比較類似。

下面我們看一下日本電池企業的情況。在日本NEDO(New Energy and Industrial technology Development Organization of Japan)的牽頭下，日本電池企業都積極參與了高能量電池的研究和投入。例如，我們看一組2016年日立Hitachi的數據：

· 正極材料：高鎳層狀三元

· 正極電極：335g/m^2，3.0g/cm^3

· 負極材料：矽合金和石墨的複合材料,容量比1：1

· 負極電極：2.1g/cm^2

· 電池容量：30Ah，軟包電池

· 充電上限電壓：4.2 或4.4V

· 放電下限電壓：2.0V

· 電流：C/20，或C/3

圖1是其測試數據。我們可以看到，充電電壓為4.2V、電流為C/20(Cell-4.2)時，比能量為290Wh/kg；充電電壓為4.4V、電流為C/20(Cell-4.4)時，比能量為335Wh/kg。同時，Hitachi也指出，雖然初始比能量很高，但是在經過100次循環之後，容量衰減極大。估計這種情況也是現在很多電池企業正在頭疼的問題：比能量指标實現了，但其他性能還不行。

圖1 Hitachi 30Ah電池數據

綜合來看， 單純實現300Wh/kg的目标在2020年基本是可行的。問題是：實現了這個目标是否就表示能用在電動汽車上呢？答案肯定是否定的。汽車動力電池是一個系統工程，滿足比能量要求隻是條件之一，其他性能(充放電倍率、功率、壽命、安全性等)也是至關重要的。在實現高比能量的目标的基礎上，綜合發展、提高其他各項性能指标，還需要投入更多的時間和精力。

參考

Development for 300Wh/kg-Class High Energy Li-Ion Battery for EV. Research and Development Group, Hitachi, Ltd.

Europe-Japan Symposium. Electrical Technologies for the Aviation of the Future, 26-27 March 2015

作者：129Lab