當前，鋰電作為清潔能源的重要組成部分，在動力、儲能、消費領域有著極為廣泛的應用，已經成為我國推動能源變革、完成“雙碳”目標的重要舉措之一，但安全問題始終是制約鋰電池產業發展的瓶頸。特別是近年來，鋰電池燃燒和因電池故障導致的新能源汽車召回事件頻繁發生，研究鋰電池熱失控機理和開發高安全性電池已成為當前電池領域亟須解決的關鍵問題。

　　隨著鋰電行業的成熟度不斷提升，當前各大企業主要是從技術上提高電池的安全性，積極布局各項技術推動產業健康發展。

　　通過結構革新和材料迭代提升鋰電池安全性

　　從鋰電池近期發展來看，主要通過結構革新和現有材料體系的迭代升級來提升鋰電池的安全性。

　　熱失控是造成電池起火和爆炸的主要原因。目前，我國鋰電企業主要是從電芯、模組、封裝方式上進行結構的改進和精簡，以降低電池熱失控風險。

　　在結構革新方面，可以通過以下三個維度創新降低電池熱失控風險。一是本征安全。即從單體電池的熱失控機理著手，在材料層面提升各電芯材料的熱穩定性，在工藝層面通過設計和制造的改進以保證電芯的可靠性。例如，OPPO研發的“夾心式安全電池”，用復合集流體代替傳統集流體，不易斷裂，以解決高鎳三元的安全問題。二是被動安全。即在某一個單體電池熱失控以后，通過隔熱和散熱的措施來抑制熱蔓延。例如：廣汽埃安研發的“彈匣電池”、嵐圖汽車發布的“琥珀”和“云母”電池等都重在深化隔熱解決方案。三是主動安全。它的核心是電池管理系統(BMS)，通過大數據等技術對熱失控進行提前預警。例如，蔚來發布的“100kWh電池”，在BMS中集成了一個熱失控傳感器，可以24小時實時監控熱壓力，從而提升電池安全性。

　　而在材料迭代升級方面，則是多種技術路線同步發展。在電池正極材料方面，磷酸鐵鋰和三元在我國占主流地位。由于磷酸鐵鋰材料來源豐富、安全性高、成本低、循環性能好等優勢，近年來磷酸鐵鋰電池市場需求升溫，出貨量爆發式增長。據中國汽車動力電池產業創新聯盟數據顯示，2022年國內動力電池裝車總量達到294.6GWh，同比增長90.7%。其中，磷酸鐵鋰電池累計裝車量183.8GWh，占總裝車量62.4%，累計同比增長130.2%;三元電池累計裝車量110.4GWh，占總裝車量37.5%，累計同比增長48.6%。從裝機量上看，2018—2020年，國內磷酸鐵鋰電池的裝車量均低于三元電池。2021年7月，磷酸鐵鋰電池的市場份額反超三元電池，此后便一直保持領先。此外，隨著磷酸鐵鋰因其安全性和經濟性日益受重視，被視為升級版磷酸錳鐵鋰再次受到熱議，企業產業化布局也有所加速。

　　在電池形態方面，當下動力電池市場形成了方殼/刀片、軟包、圓柱三種形態三分天下的局面，憑借高安全性、高能量密度及低成本優勢，大圓柱電池正在成為最受矚目的技術趨勢之一。結合整車實際需求，目前很多電動汽車企業已經敲定了未來5～10年的動力電池方案，即經濟型采用方殼或刀片磷酸鐵鋰電池，中高端采用三元+大圓柱電池的布局。

　　降低電解液含量向固態電池發展成競爭焦點

　　從鋰電池中期發展來看，不斷降低電解液含量向固態電池發展是技術發展的必然趨勢，已成為全球電池行業下階段競爭核心。

　　由于固態電池具有高安全性，無自燃、爆炸風險等優點，且能量密度顯著高于傳統鋰電池，被公認為下一代電池技術路線的發展方向。目前，電池企業及整車企業都積極布局固態電池技術，但行業尚處于半固態向全固態發展的階段，全固態電池的技術難題仍有待解決。

　　現階段，我國在磷酸鐵鋰電池與三元鋰電池領域的研發技術世界領先，以寧德時代和比亞迪為首的電池企業在汽車動力電池供應上處于絕對龍頭地位，致使歐美日韓等企業扭轉航向，直接投入到大力研發全固態電池的路線上，以期在車用動力電池領域實現“換道超車”。日本舉全國之力開發全固態電池，包括制定了詳細的國家戰略、組建跨行業的產業聯盟，加大研發投入等，其整體研發實力躍居全球首位。以豐田等龍頭企業為主導，憑借本就領先的材料技術，正在快速推進全固態電池的商業化落地;美國依托SEEO、Solid Power、Solid Energy Systems等一大批初創公司確保其固態電池技術的先進性;韓國的三星 SDI、LG化學、SK創新等電池巨頭則選擇聯合開發。相比之下，我國多家電池及相關企業也在攻關固態電池，但基本都是各自為政，沒有組建“國家隊”，且頭部電池企業的技術尚不突出。

　　鈉離子電池或成電池行業重要備選路線

　　全球鋰資源儲量有限，且分布不均、提取難度較高，而我國鋰資源儲量僅占全球6%，高度依賴進口。隨著新能源汽車的發展對電池的需求大幅上升，鋰電資源端的供給瓶頸逐漸顯現。

　　從鋰電池的遠期發展來看，受鋰資源短缺限制，資源儲備豐富，具備高安全性和成本優勢的鈉離子電池或將成為電池行業的重要備選路線。鈉離子電池具有其獨特優勢。一是高安全性。鈉離子化學性能穩定性高，電阻稍高，受熱受冷表現都比鋰離子電池好，示范產品在國標測試中的熱穩定性遠超安全要求。二是成本優勢。鈉離子電池的正極材料成本僅為鋰電池正極材料成本的40%，集流體成本僅為后者的20%～30%，材料整體成本較鋰電池低30%～40%。三是設備兼容。鈉離子電池的電解液及隔膜研發可借鑒鋰電池的成熟技術，且兩者的生產設備、工藝相兼容。

　　當前，全球鈉離子電池仍處于產業化初期。在我國，寧德時代、中科海鈉、鈉創新能源、星空鈉電等企業加快研發鈉離子電池，在材料體系、綜合性能、產業化推進、示范應用、專利布局以及標準制定等方面處于國際前列，特別是寧德時代研發的新一代鈉離子電池，預計到2023年率先在全球實現鈉離子電池的產業化與商業化應用。短期看，由于鈉離子電池能量密度較低且提升空間有限，目前多運用于能量密度相對要求不高、成本敏感性較強的儲能和低速動力領域。遠期看，鈉離子電池的定位是最具經濟性的高安全儲能電池，在儲能和低速車市場可替代鋰電池，而在中高端新能源汽車市場仍以鋰電池為主。鈉離子電池與鋰電池將會形成部分替代、互補協同的格局。

　　重點從三方面切入提升鋰電池安全性

　　高比能量電池是全球趨勢，在提高動力鋰電池能量密度的同時如何保證其安全性，需要準確把握“度”。重在優化平衡電池的能量密度、安全性和壽命等多項指標。

　　緊跟技術發展新動向，加強鋰電池安全創新。近期內，通過優化多種技術來保障，引導企業開展固態電解質、阻燃電解液等關鍵材料技術研究，加快動力電池熱失控安全、電池系統高壓絕緣安全和碰撞安全、三元材料動力電池熱穩定性、充電安全防護等安全技術攻關，實現電池系統不熱擴散的目標。遠期內，仍需不斷加強前瞻性的科學研究以保障安全，比如著力強化固態電池、金屬空氣電池、鈉離子電池等新一代電池的研發儲備和產業化，以示范應用加速新型電池產品創新發展，率先形成規模生產能力。

　　發揮疊加優勢，推動跨部門跨行業協同攻關。積極開展電池企業與整車企業的協同，在設計階段、車輛匹配、熱管理策略、異常狀態的監測、測試與驗證等方面開展深入合作;加強電池企業與消防行業的協同，圍繞動力電池火災案例分析、動力電池熱失控早期火災探測、長時效滅火劑、自動滅火裝置等方面開展交流與聯合研究。

　　搭建高層次的產學研用合作創新平臺。充分發揮寧德時代、比亞迪、國軒高科等龍頭企業在協同創新體系中的主體作用，聯合國家重點實驗室、國家動力電池創新中心等力量，開展關鍵共性技術和前瞻技術研究，完善成果分攤和利益共享機制，逐步構建穩固的鋰電池研發基礎。

　　作者：劉文婷　　來源：中國電子報、電子信息產業網