锂离子动力电池发展现状及应用前景研究

锂离子动力电池发展现状及应用前景研究

常伟

广东省珠海市珠海市嘉德电能科技有限公司519040

摘要：随着社会和经济的发展，动力电池作为一种新的能源形式被越来越广泛地应用于新型产业及相关领域中，发挥出越来越重要的作用。本文围绕锂离子动力电池的相关议题进行了探讨，概述了目前锂离子动力电池的发展状况，分析了国内动力电池产业目前存在的一些问题，论述了锂离子动力电池未来发展的主要趋势，供相关人士参考。

关键词：动力电池、应用、锂离子电池

1引言

锂离子电池是一种二次充电电池，由于锂离子在正负极之间的移动形成充放电的过程，为动力系统提供电能。由于锂离子电池的能量密度较高，体积较小，同时具有良好的环保性，因此常用于机动车、电动工具、电子设备等领域中，尤其在一些新型产业领域中经常会见到它的身影。

2锂离子动力电池发展现状

锂离子动力电池最初是以日韩为主要生产地。日本的松下自1994年开始研发锂离子电池，2008年成为全球最大的锂电池供应商，并与美国特斯拉合作，成为特斯拉新型能源动力车的独家电池供应商，在锂离子动力电池行业占据了重要的席位。其最新系列产品以21700型号的电池单体为典型，工艺成熟，产品合格率高，电池的能量密度可达到300Wh/kg，目前该型号的锂离子电池被广泛应用与动力汽车系统中，表现良好。韩国的LG自2009年开始进入汽车行业，开始侵占动力电池市场。目前，该企业的锂离子电池主要是利用规模化生产来有效降低成本，电池主要是软包，因此设计更为灵活，同时性价比较好。韩国的三星在2009年成为宝马动力车的电池供应商，自2015年起以锂离子动力电池为核心构建起完整的动力汽车业务体系，目前其电池产品以21700型号的电池为主，但是相对于松下同型号产品在竞争力上存在一定的差距。

随着新能源汽车产业的发展，动力电池市场也进入了快速发展时期。国内锂离子动力电池生产商以比亚迪、宁德时代、国轩高科为主要代表。比亚迪自产的电动轿车搭载的是ET-POWER技术的动力电池，目前该企业正在依托磷酸铁锂和三元材料的相关技术积极拓展三元锂电池。三元锂电池具有耐高温、寿命长、安全性高的特点，但不足之处在于低温性能表现不理想，同时能量密度还有待提升。宁德时代在2012年与国内的宝马进行合作，成为国内唯一的电池供货商。其最新的电池产品为高镍三元锂电池，以高镍三元材料为电池正极，以碳硅复合材料为电池负极，电池的能量密度表现良好，可达到300Wh/kg之上。国轩高科自2009年开始进入电动汽车领域，目前其电池产品以三元锂电池为主，一种电池正极采用高镍材料，负极采用硅基材料，单体电池的能量密度可达到281Wh/kg；另一种电池正极采用富锂材料，负极采用硅基材料，单体电池的能量密度可达到302Wh/kg。

随着近几年国家政策的大力支持和新能源产业的快速发展，锂离子电池的市场也在不断扩大，新能源汽车、数码电子产品等等都拉动了锂离子动力电池产业链的快速发展。2016年，我国的锂离子电池年产量达到78.42亿量，成为全球范围内与日本和韩国并驾齐驱的锂离子电池生产国。2017年全球锂离子动力电池的出货总量为2.35GWh，而中国占据其中份额超过60%以上，成为全球最大的锂离子电池生产国。这一信号充分肯定了我国近几年在锂离子动力电池领域的发展成绩，同时也预示着更加激励的产业竞争格局即将上演，在这一形势下，中国企业必须加快技术研发的步伐，为下一阶段的全球竞争做好布局。

3国内动力电池产业存在问题

目前，国内的动力电池产业一个突出的问题就是产能利用不足的问题。具体表现为动力电池市场中出现供需不平衡的现象，优质的锂离子动力电池供货量紧张，然而产能过剩的问题也同时存在。2017年，我国的动力电池产能虽然超过200GWh，但是在电力产能的利用率方面却并不理想，仅为40%。这一信号说明目前国内的动力电池市场存在较为明显的两极分化，高端和低端动力电池产品供应出现悬殊，不同的生产企业面临着不同的挑战，高端优质的电池供应企业需要加快产能供给以满足市场的需求，而低端的电池供应企业必须尽快提高产品技术和运营能力，以更好地迎合市场的发展变化和需求。

另一个问题是资源利用率较低的问题。虽然我国的锂资源储备丰富，但是在钴和镍等相关资源方面较为匮乏，一旦出现钴、镍等资源的全球性垄断，势必给国内的动力电池行业的发展带来阻碍，国内锂离子动力电池行业的发展在资源方面还存有不小的风险。同时，现阶段我国的锂电池生产加工技术不够成熟，在相关配套产业方面不发达不完善，这就造成国内锂电池生产企业对于锂资源的利用率还相对较低。一个典型的现象是，国内使用的锂资源，70%左右是来自国外。随着电池正负极材料价格的上涨，电池生产企业的压力也越来越大，进一步提高锂、钴、镍等资源的利用率是国内电池生产加工企业需要面对的一个重要问题。

此外，随着锂离子动力电池产业的发展，电池回收利用系统还有待构建和完善。目前大约废旧动力电池中，大约70%～80%的电力资源还可以再利用。针对我国钴、镍自然资源的短缺问题，充分的利用废旧电池来提升资源的利用率是一条有力的途径，而目前我国的动力电池产业尚缺乏一套完善有序的电池回收利用体系，使这部分资源被搁置或浪费。

4锂离子动力电池未来发展趋势

在锂离子动力电池的技术发展方面，未来的一段时期内，市场的主流仍然是三元锂电池，同时伴随着高镍电池以及新体系电池的发展。目前固态的三元锂电池主要技术瓶颈集中在电解质的离子电导率、电池固/固界面的相容性、电池性能的稳定性、电池生产加工工艺的优化以及电池加工生产线的自动化技术和规模化研发方面。这些技术瓶颈不仅需要理论技术上的突破创新，同时也需要电池行业的实际应用经验积累。目前，动力电池市场上也出现了各种研发的新方向，比如锂空气电池、钠离子电池、纳米电池等等。这些技术仅仅停留在实验室阶段，在产业化和规模化方面还需要进一步实践检验，然而这些新型技术的出现正在为锂离子动力电池技术瓶颈的突破提供各种新颖的思路，使锂离子动力电池在未来能够在技术上有更大的突破。

另外一个重要的发展趋势是锂离子动力电池产业相对集中的趋势，同时伴随着成本降低的趋势。随着锂离子动力电池技术的不断发展，产业的规模也会随之扩大，市场的良性竞争会自动淘汰掉成本高昂，电池技术落后的低端重复型产能。未来的资本、人才将会越来越集中到拥有技术研发优势以及成本优势的电池生产加工企业中，使其脱颖而出，占据市场有利的地位。随着动力电池产业的发展，也将会有越来越多的电池生产加工企业进入到电池回收利用的环节，提高电池材料及资源的利用率，使动力电池产业链条更加完善，推动整个动力电池产业健康蓬勃的发展。

5.结语

目前，我国的锂电子动力电池发展已经进入了高速发展的快车道，电池生产企业应抓住这一机遇，关注行业变化，调整自身步伐，积极面对市场竞争，更好地迎接未来。

参考文献

[1]电动汽车动力电池产业的发展，肖成伟，《科技导报》，2016,34（6）

[2]中国新能源汽车产权发展报告，黄永和，北京：社会科学文献出版社，2017

[3]节能与新能源汽车技术路线图，张进华，北京：机械工业出版社，2016

[4]电动汽车用锂离子动力电池电感主动均衡系统，戴海峰，魏学哲，孙泽昌，等，《同济大学学报（自然科学版）》，2013,41（10）