动力电池要求，如何实现300Wh-kg比能量目标

3月1日，四部委发布《促进汽车动力电池产业发展行动方案》通知，明确指出了当前动力电池的不足以及未来的发展方向。

中将接到通知，将提高电池比能量作为未来重点发展目标之一。

关键指标和时间节点如下： 1、按年，锂离子动力电池单体比能量>Wh/kg；系统比能量力争达到Wh/kg；成本1元/Wh；工作环境达到-30℃至55℃；具备3C充电能力 2. 年内单电芯比能量达到Wh/kg 3. 力争实现单电池Wh/kg、系统Wh/kg锂离子电池产品产业化及车载应用 4. 在新型动力电池方面，积极推进锂硫电池、金属空气电池、固态电池的研究与工程化开发。

年单位比能量为Wh/kg，年达到率为Wh/k。

从指标的文字描述可以看出：第一个指标是要求在锂离子电池体系下达到，第三个指标是在锂离子电池体系下要冲上去，所以提出“努力实现”。

至于第2个和第4个指标，锂离子电池系统估计是无能为力的，必须开发新的电池系统。

尽管锂硫电池、金属空气电池、固态电池的研究历史悠久，但其技术进展仍然相对缓慢。

如今，各种跨学科的发展已经取得了长足的进步，这将有助于继续开发这些电池系统，我们期待突破。

经常看到很多媒体报道混淆了“比能量”和“能量密度”。

通常，“比能量”用于描述单位质量的能量水平（Wh/kg），“能量密度”用于描述单位体积的能量水平（Wh/L）。

这里我们主要看一下锂离子电池体系下的具体能源发展路径。

· 锂离子电池电芯比能量 2017年发布的《节能与新能源汽车技术路线图》提到，纯电动汽车动力电池比能量目标是2018年Wh/kg、2018年Wh/kg、2018年Wh/kg。

这个目标与四部委提出的指标十分接近，也引发了业内的热议。

我们来梳理一下媒体报道的各大电池企业2020年的具体能源目标和实施路径：·比亚迪：三元电池希望2019年达到Wh/kg，2018年很可能达到Wh/kg。

高镍三元材料，负极材料为氧化硅或纳米硅。

·宁德时代：2018年可实现Wh/kg，“十三五”期间有望实现Wh/kg目标。

材料体系为高镍三元/硅碳材料·国轩高科：年度目标Wh/kg，采用高镍三元正极材料、硅基负极材料、5V高压电解液·BAK：0圆柱第四代产品（3.0Ah）一般可达到Wh/kg，第五代产品（3.6Ah）比能量有望达到Wh/kg。

比克是较早锁定三元材料路线的公司。

·力神：我们正在开发Wh/kg产品。

圆柱电池已经可以达到Wh/kg，我们力争每年达到Wh/kg。

我们采用第三代富锂锰基层状材料和硅负极材料。

· 三星SDI：年度水平为Wh/kg，预计年内达到Wh/kg（可能采用其他电池系统）。

值得注意的是，宁德时代、天津力神、国轩高科3家电池企业还入围了2018年科技部重点项目。

该项目的考核指标为：·新材料、新材料动力电池系统（基础类和前沿类）：考核指标：新型锂离子电池样品能量密度≥Wh/kg、新系统电池样品能量密度≥Wh/kg·高比能量锂离子电池技术（重大）共性关键技术）：考核指标：电芯能量密度≥Wh/kg、循环寿命≥次、成本≤0.8元/Wh、安全性等满足国家标准要求；年生产能力≥2亿瓦时，产品累计销量≥1万瓦时或整车数量≥台。

这些关键、专项考核指标还对循环寿命、安全性能，甚至销量、产能提出了要求，这对入围电池企业来说也是一次不小的考验。

从所有公开信息可以看出，中国主要电池企业实现Wh/kg的技术路线可以概括为： · 正极材料：高镍三元，或富锂锰基 · 负极材料：硅基体材料·电解液：高压电解液·隔膜：目前主要采用PP、PE，加上陶瓷涂层。

下表是2018年欧日技术研讨会上给出的一组数据，描述了可以实现不同特定能量水平的锂离子电池系统。

使用的材质系统。

可见，其实在材质系统的选择上，各国的情况都比较相似。

我们来看看日本电池企业的情况。

在日本NEDO（日本新能源产业技术综合开发机构）的带领下，日本电池企业积极参与高能电池的研究和投资。

比如我们看日立的一组数据： · 正极材料：高镍层状三元 · 正极：g/m^2、3.0g/cm^3 · 负极材料：硅合金与石墨复合材料，容量比1:1·负极：2.1g/cm^2·电池容量：30Ah，软包电池·充电上限电压：4.2或4.4V·放电下限电压：2.0V·电流：C/20，或C/3 图1是其测试数据。

我们可以看到，当充电电压为4.2V，电流为C/20（Cell-4.2）时，比能量为Wh/kg；当充电电压为4.4V，电流为C/20（Cell-4.4）时，比能量为Wh/kg。

同时，日立还指出，虽然初始比能量非常高，但经过几个循环后容量衰减很大。

估计这种情况也是目前很多电池企业都头疼的问题：特定能量指标达到了，但其他性能却不佳。

图1 日立30Ah电池数据 综合来看，2020年单纯实现Wh/kg目标基本可行。

问题是：实现这个目标是否就意味着可以用于电动汽车呢？答案肯定是否定的。

汽车动力电池是一个系统工程，满足特定的能源需求只是条件之一。

其他性能（充放电倍率、功率、寿命、安全性等）也至关重要。

在实现高比能目标的基础上，还需要更多的时间和精力来全面发展和提高其他性能指标。