锂离子动力电池技术现状及发展趋势

李辉 张源伟 许国利 刘统军

摘要：本文通过分析国内外锂离子动力电池的研究现状及发展趋势，总结了目前国内锂离子动力电池行业存在的问题，提出可以通过提升电池的比能量和降低电池成本两个方面来提高电池的竞争性，相关综述和讨论可为锂离子动力电池技术研发提供参考。

关键词：锂离子;动力电池;现状;发展趋势

近年来，随着各个国家对新能源开发的日愈重视，电池行业得以快速发展。其中，锂离子动力电池以其较长的使用寿命、较高的安全性能等特点备受关注，目前，锂离子动力电池处于大规模自动化生产阶段，通过研发人员的不断努力，锂离子动力电池的成本不断下降。本文重点介绍国内外鋰离子动力电池发展现状，阐述国内锂离子动力电池存在的共性问题，并讨论锂离子动力电池的发展趋势。

1 国外锂离子动力电池发展现状

韩国和日本在锂离子动力电池的研发方面有较高投入，是锂离子动力电池的生产大国，日本的松下电池在全球动力电池产品出货量中名列前茅，韩国的LG和三星也排在前十位，但全球排名前十的其他位次都由中国企业占据。随着我国加大对新能源汽车及动力电池的扶持政策，我国动力电池产业发展迅猛，其他国家在全球动力电池市场中的占有额逐年下降。

就目前而言，日本仍是整个动力电池行业的风向标，占据着锂离子动力电池的高端市场。日本制定了动力电池技术的路线图，该路线图以能量密度、比功率、成本、寿命为指标，明确了动力电池技术发展的方向。目前，在日本除丰田汽车外，其他车企的动力电池都是高能量密度的锂离子动力电池。

虽然韩国的锂离子动力电池起步比日本晚，但其在动力电池行业的研发方面投入巨大，韩国动力电池行业也得到迅速发展，建立了相对完整的锂离子动力电池产业链。韩国在动力电池的发展方面注重低成本战略，在韩国、美国、中国、日本都建有电池生产基地。因此韩国在锂离子动力电池的发展方面也不容忽视。

2 国内锂离子动力电池的发展现状

随着国家对新能源开发的重视，我国锂离子电池行业增长迅速。近年来，我国的锂离子动力电池的单体能量密度得到了大幅度提升，电池的单位成本降低。我国电池行业的成就主要得益于国内电动汽车行业的迅速发展，使锂离子动力电池有较大的市场份额。国内的电池行业巨头力神、比亚迪、时代新能源、沃特玛、国轩高科占据国内大部分的动力电池市场。比亚迪的动力电池以磷酸铁锂为主，单体能量密度较高，基本接近理论值极限;时代新能源电池的正极材料包含磷酸铁锂和三元材料，电池主要用于大巴车，更注重动力电池的储能、实用性和安全性能;沃特玛电池的正负极材料主要采用复合材料。总而言之，我国锂离子动力电池的技术路线趋向多元化、自动化，很多企业正考虑拓展锂离子动力电池的新应用领域。

3 国内锂离子动力电池发展存在的问题

目前我国锂离子动力电池生产规模较大、技术水平较高，但在系统集成、精密制造、回收利用等方面仍存在诸多不足。

3.1高端产能不足

我国生产的锂离子动力电池电芯与国际先进水平相比存在一定差距，电池的功率特性、循环寿命与国际先进水平相比存在一定差距。锂离子动力电池电芯的安全性设计水平较低，电芯的质量控制技术与国际先进水平相比有一定差距。高端的动力电池材料仍需要进口，我国的高端优质产品一直供不应求，长此以往，会造成动力电池行业的结构性风险。

3.2自动化程度低

锂离子动力电池的生产设备和制造工艺决定着电池的性能。韩国、日本等国家采用的电池装备的自动化程度较高。而在国内除了部分先进企业之外，大部分锂离子动力电池企业的自动化程度较低，并且电池制造的关键设备都依赖进口，我国自主研发的电池制造设备生产精度偏低，制造出来的电池的产品批次一致性较差。

3.3回收程度不足

锂离子动力电池中的稀土、锂、电解液等材料可以循环再利用。目前在我国电池回收体系不完善，部分电池材料回收企业不重视环境保护，造成二次污染。这主要是由于电池的结构设计和制造工艺不同，给电池回收企业带来了一定难度。虽然国家已经认识到电池材料回收的重要性，也出台了相关的标准规范，但是仍缺乏成熟的回收产业链和回收体系。另外，由于电池回收的经济性较差，在某种程度上也制约着回收企业的发展积极性。目前，在欧洲、美国等发达国家已形成具有一定规模的回收产业链，尤其是欧盟明确规定锂离子电池必须全部由制造方回收。

4 锂离子动力电池的发展趋势

随着国家扶持政策的稳步调整和新能源汽车市场的需求量加大，锂离子动力电池的需求量增长迅速。为了提高我国动力电池行业在全球占的市场份额，提升动力电池的比能量已成为当务之急，同时要降低动力电池的消耗成本。

4.1提升锂离子动力电池比能量

提升锂离子动力电池比能量可以从电芯生产环节、正负极材料、隔膜、电解液等电池关键材料入手实现电池电化学性能的提高。对于圆柱电池来说，提升电池比能量的方法是提高单体电芯容量，但是这样会增加电池的尺寸，降低电池的循环使用寿命，因此，圆柱电池在增大尺寸的同时必须考虑电池的电化学性能和安全性能。对于方形电池，提升电池比能量的方法是增大尺寸和轻量化。目前锂离子动力电池的方形铝壳向轻重量和高硬度方向发展，可以提升电池的比能量。另外，增大方形电池的尺寸空间也大于圆柱电池，有很大的提升比容量、降低成本的潜力。通过改进锂离子电池的正负极材料、隔膜、电解液也可以提高电池的比能量。采用高容量的正极材料、在负极材料中加入硅或者硅碳复合材料、使用薄型化隔膜都可以提升电池的比能量。

4.2降低锂离子动力电池成本

随着锂离子动力电池的快速发展，电池原材料供不应求，造成材料的价格暴涨。而大部分电池的原材料并不稀缺，待供需平衡之后，电池原材料的价格势必会趋于正常，这样会降低锂离子动力电池的成本。电池企业还可以通过扩大产能、提高电芯的利用率、提升生产的自动化、实现电池的梯度利用、回收利用等方面来降低锂离子动力电池的成本。

参考文献

[1]刘焱， 胡清平， 陶芝勇， 等. 锂离子动力电池技术现状及发展趋势[J]. 中国高新科技， 2018： 58-64

[2]刘彦龙. 中国锂离子电池产业发展现状及市场发展趋势[J]. 电源技术， 2019： 181-187

[3]谢乐琼，王莉，胡坚耀， 等.锂离子动力电池产业技术发展概述[J]. 新材料产业， 2019：38-44

[4]刘国芳，，赵立金，，王东升. 国内外锂离子动力电池发展现状及趋势[J]. 汽车工程师，， 2018：11-13