中国电子科技集团肖成伟！实现动力电池高质量发展，仍需从低碳视角出发

【报告】9月7日，在第四届全球新能源与智能汽车供应链创新大会上，中国第十八研究电子科技集团研究员肖成伟表示，要实现动力电池高质量发展，需要从低碳角度考虑生产过程中的碳排放和碳足迹，特别是考虑未来的国际化。

从电池能量密度来看，还需进一步提升。

无论哪种电池，三元和磷酸铁锂电池都需要进一步提高能量密度，这也可以从另一个角度减少碳排放。

当然，我们在开发过程中也必须关注电池开发的安全性。

以下为研究员肖成伟在中国电子科技集团第十八研究所演讲实录： 首先感谢组委会邀请参加本次会议。

下午的上半场，专家大家对动力电池的一些技术和发展趋势进行了比较详细的介绍。

我听后深受启发。

上半年主要是从下一代电池的竞争格局来看。

大家纷纷发表了自己的看法。

非常好的一点。

下半年动力电池的高质量发展也给了我一个要写的命题。

我还是想从“双碳”目标的角度多讲一点。

因为里面很多内容都是和专家上半场说的话重复的，有的只是略过而已。

动力电池要实现高质量发展，需要从低碳角度考虑生产过程中的碳排放和碳足迹，特别是考虑未来的国际化。

从电池能量密度来看，还需进一步提升。

无论哪种电池，三元和磷酸铁锂电池都需要进一步提高能量密度，这也可以从另一个角度减少碳排放。

当然，我们在开发过程中也必须关注电池开发的安全性。

三个方面：第一是发展趋势，这与气候变化密切相关。

为实现未来气温上升2度的目标，各行各业都应该做出巨大的贡献。

道路交通是碳排放的重要领域。

我国各领域碳排放量同比大幅增长。

交通运输领域增速更高，同比增长%。

从国外来看，特别是从欧盟来看，交通运输领域的碳排放呈现出不断增长的趋势。

全球每年碳排放量达1亿吨，中国约为1亿吨，约占世界总排放量的30%。

与此同时，中国制定了非常严格的“双碳”目标。

从碳达峰达到碳中和大约需要30年的时间，比其他国家要短。

从这个角度来看，中国交通领域的发展，特别是技术的发展也有很大的紧迫感。

从碳排放因子来看，我国全年火力发电占比为67.8%，每千瓦时发电二氧化碳排放量为0。

随着我国可再生能源比重的提升，逐年，我国火力发电占比为67.8%，每千瓦时发电二氧化碳排放量为0。

火电发电比例如果降低到12%，每千瓦时发电的排放因子可以降低到0.04，这大致是发展趋势。

从这个角度来看，中国也在大力推动可再生能源的发展。

从汽车减排的角度来看，由于电动汽车减排与目前电池的发展现状相结合，电动汽车现在具有比较明显的温室气体减排效果。

特别是小型车的减排效果优于中大型车。

因为目前的技术水平，我们开发的长续航里程的中大型车辆都配备了比较高的电池。

基本上都要配备80千瓦时以上的电力，而且车辆也会比较重。

从这个角度来说，也促进了电池技术的提升，进一步提高了其能量密度。

制作过程大家可以看一下。

无论是内部涂层还是电池生产包括干燥、化学生长等，碳排放的比例都比较高。

为了减少碳排放，我们需要进一步提高电池的能量密度。

即高性能、高能动力电池能够显着促进电动汽车全生命周期碳排放的减少。

同时，电池的顺序利用和有序回收也可以提高资源利用效率。

进一步减少整个车辆生命周期（包括电池使用）的排放。

在此基础上，新能源汽车发展正处于加速阶段。

虽然现在我们的燃油汽车出现了放缓甚至负增长的情况，但新能源汽车仍然在高速发展。

据国际能源署（数据显示），新能源汽车年销量已达1万辆，预计今年全球新能源汽车保有量将达到2.45亿辆。

国内外各大车企纷纷发布发展战略和发展目标。

一些国家还公布了禁止销售或燃烧传统燃油汽车的时间表。

部分车企也公布了传统燃油车暂停销售的时间或期限。

计划。

在中国政府的大力支持下，新能源汽车发展取得快速进展。

从产量、保有量和全球市场份额来看，它们现在都处于非常好的发展态势，占据了全球市场份额的近一半。

。

在新能源汽车2.0版本技术路线图中，也对新能源汽车的发展目标进行了很好的规划。

我重点说一下今年，因为今年新能源汽车的发展趋势很好，我认为这个目标是可以提前实现的。

全年新能源汽车保有量可达1万辆，当年纯电动和插电式混合动力汽车销量应占15%至25%。

新能源汽车中长期发展规划中也提到是20%。

当然，这其中90%主要是纯电动汽车。

这里的年销量应该接近万辆的水平。

混合动力也希望发展得比较快，占据50%以上的市场，百公里油耗要降低到5.6L的水平。

今年会突破10000辆，现在看来已经不成问题了。

一些估计高达 10,000 辆，略低于 10,000 辆。

动力电池是关键部件。

在新能源汽车积极推广的推动下，中国现在已经形成了非常完整或者说非常完整的产业链。

包括从电池材料到电池材料再生的全生命周期产业链。

从材料到电池、系统集成、梯级利用、生产装备、标准体系检测等产业链正在形成。

整个配套量也处于快速发展阶段，2018年达到0.5GWh。

电池企业数量整体仍向龙头企业收敛。

从最高点开始，已逐渐缩减至60家企业，未来还会进一步聚集。

2017年产能占全球76%，即使到2020年减少，仍能超过70%的市场份额。

右图为2018年主要电池供应商的市场份额，目前年产能位居全球第一，从事电池批量生产的企业超过60家。

但我们的优质产能产品仍亟待提升。

让我们快速了解一下目前的发展状况。

总结目前国家的规划，分为三个层次。

第一个是产业化的锂离子电池。

现在电池能量密度最高基本可以达到Wh/kg。

新型锂离子电池能量密度可达Wh/kg，新系统电池能量密度可达Wh/kg。

这是“十三五”期间确定的。

“十四五”中，这些指标基本都增加了，产业化希望达到Wh/kg。

固液混合项目中也提出了这样的技术发展目标。

新的锂离子电池必须达到Wh/kg，新系统列出了一种必须达到Wh/kg的全固态锂金属电池。

在国家的支持下，与本表所列材料体系相匹配的电池已实现产业化。

电解质盐主要是六氟磷酸锂，隔膜现在由薄聚乙烯隔膜制成，并进行了一些表面改性。

。

负极主要采用人造石墨，批量采用硅基材料。

正极基本上有两种类型。

第一个主要是磷酸铁锂，在我们的公交车和客车中，尤其是客车中，仍然有非常大量的使用。

去年以来，由于其经济性能或者成本得到了较好的控制，并且能量密度也得到了一定程度的提升，能够满足部分车型的要求，因此在乘用车方面有着良好的应用。

此外，中镍材料、高电压的大容量三元电池也广泛应用于乘用车领域。

当然，我们的快充也可以从这样的系统中开发电池，制作出相应的电池。

应用。

高镍电池，比如圆柱电池中的NCA，现在研发较多，在电池方面有更好的应用，所以每类材料在相应的产品和应用领域都得到了规模化推广。

生产和应用。

这是磷酸铁锂。

现在可以达到Wh/kg。

配套设备可达到Wh/kg。

我们实验室可以达到Wh/kg级别。

一些电池，包括圆柱形、大??方形等，主要应用于客车市场和一些中短途客车市场。

三元电池由于能量密度相对较高，下一步将推动其部分技术的进步。

主要应用于中长途客车领域，有方形、软包式和圆柱形等。

其中高压中镍和高镍材料在此类产品的应用方向上将会有更好的应用。

以前的都已经工业化了。

稍后我介绍一下研发项目。

这是瓦时/千克。

它采用高镍三元正极和软封装形式的硅碳负极。

有四家公司开发了这样的产品，有的公司还实现了产品的批量配套，并且已经实现了大致整车规模的配套。

在这当中，我们也用Wh/kg电池做了Wh/kg级别的动力电池系统，并以标准化模块的形式搭建了这样一个系统。

特别是从安全角度我们做了很多工作，包括我们的机械安全、电气安全等。

电池的循环次数是根据测试结果推算出来的，大概可以循环两次，能量保持率在80左右%。

这里最重要的是从安全的角度考虑。

前面提到了机械和电气。

同时，也从预警的角度更好地预测其安全性，进一步提高安全性。

同时，灭火技术也得到了相应的应用，可以在电池着火时实现更好更快的灭火。

高功率电池主要分为三种类型。

一是快充，可以实现Wh/kg 6C充电倍率，并且可以实现0循环。

插入式40Ah电池可达到Wh/kg。

级别，W/kg功率密度，超级电容器可以达到66Wh/kg，可以实现10万次循环，其功率密度可以达到22kW/kg的峰值功率密度。

另一种是Wh/kg，采用富锂锰基材料。

徐总此前还介绍了北京大学夏定国霞教授研发的mAh/g富锂锰基材料。

这是从实验室研究的角度来看的。

量产后，我们大概可以达到mAh/g的水平。

通过这样与硅碳的搭配，我们可以实现Wh/kg的电池。

在空气锂和硫锂方面，也从基础研究的角度进行了相应的技术开发。

在实验室里，我们的能量密度应该是锂氧可以达到Wh/kg，而锂硫可以达到Wh/kg。

当然，循环寿命等方面还需要进一步深入的评估和改进。

从测试评估的角度来看，建立了从材料到电池、到电池管理系统、到电池系统的完整测试评估体系。

尤其是电池发生热失控后，电池组热扩散评价的技术视角也已被纳入全球新能源汽车安全技术法规，相应内容也被国家强制性标准引用。

我们再来看看发展趋势。

第一种是不含钴的。

镍锰二元是单晶和多晶的混合物，希望能够达到上述能量密度。

另一种是磷酸锰铁锂。

我们也希望能够与三元材料混合，提高三元材料电池的安全性，或者与磷酸铁锂相关，提高磷酸铁锂的能量密度。

当然，其导电性和致密性还需要进一步改进。

另一种是黄老师介绍的高压渐进式镍锰酸锂，也包含在无钴电池体系中。

黄老师之前也介绍过。

根据黄老师之前的研究工作，我的一个看法是需要和高压电解液很好的匹配。

我也希望它的能量密度能够达到Wh/kg以上。

后者，电池的能量密度需要进一步发展，因为高安全性电池需要在技术上进一步提高，使其能够组合到整车上，并相应地与“双碳”下的碳排放结合起来。

” 上面提到的目标。

，也就是我们可以进一步降低单位公里的功耗，这是一种固液混合高比能电池。

徐总此前也介绍过，首先我们采用高镍正极材料，并在其表面涂覆固体电解质，以提高材料的热稳定性和安全性。

另一种是硅基负极，经过预锂化，可以提高效率，减少膨胀，提高循环寿命。

同时对隔膜进行减薄，表面进行涂层处理，提高其在高温下的低热收缩率。

同时，通过原位固化技术提高了电池的安全性。

这样，一块电池Ah、软包装就可以做到Wh/kg级别。

前面的是锂离子，这个可以做到Wh/kg。

负极可以采用金属锂复合负极，达到Wh/kg。

这是一条技术路线。

一些相应的产品也得到了市场的验证，有的已经在汽车上。

申请批量装载。

我们现在已经连接到了所有的气候，结合它的快速充电，我们可以达到Wh/kg的能量密度，不仅可以在低温下实现极快的加热，还可以在高温下实现快速散热。

这也是未来发展一个非常好的方向。

从资源角度来看，我们对钠离子电池进行了大量的研究。

它的快充性能也非常好，而且安全性能也非常好。

当然，它的能量密度还有待提高。

目前能量密度基本可以达到Wh/kg级别。

希望通过技术改进，未来可以提升到Wh/kg的水平。

这是我们单位原来申请的国家项目。

它使用硫基氧化物或硫和金属的复合氧化物。

负极采用具有骨架结构的锂金属负极，为硫化物固体电解质。

我们会开发Wh/kg这样的电池，这是我们采用的技术路线。

锂离子电池技术也将有进一步的技术发展。

液态锂离子。

“十四五”期间，我们也提出了这样一个Wh/kg的研发项目。

这是美国的一条技术路线，采用纳米硅基线。

通过负极与高镍正极的组合，可以实现Wh/kg等技术路线。

然后是智能电池，电池中内置了我们的一些智能传感器。

当然我们的电池技术也可以通过这种方式有机结合起来，可以更好的采集电池的内部信息。

通过这样的数据可以测量电池的性能变化，包括其安全性的变化，并通过内置传感器或外部传感器的大数据分析来提供更好的预警，也是未来一个非常好的发展方向。

从电池结构来看，刀片电池中有很多概念，CTP或者CTC或者CTB等等，以提高电池的能量密度，无论是体积还是重量。

在这种情况下，通过电池的一些结构创新和材料体系的一些创新，我们可以进一步增强它，进一步提高它的能量密度。

当然我们也有一些问题需要注意，比如我们长模组的热扩散的评估和验证，包括我们现在做的CTC或者CTB的维修或者更换的方便性，或者是CTP 中的单个单元。

，我们还需要做进一步的研究。

我们仍然需要对我们开发的一些产品的广泛车型适配进行进一步的研究。