前言

2013年以前，盡管業(yè)界多個標(biāo)準(zhǔn)都對鋰電池的安全提出了要求，包括鋰電池運(yùn)輸要求(UN38.3)、便攜式密封蓄電池安全要求(IEC62133-2012)、移動電話用電池規(guī)范(GB/T18287-2013)等，但這些標(biāo)準(zhǔn)要么不具備國家強(qiáng)制性，要么不夠全面。

事故頻出下，業(yè)界開始呼吁：是時候規(guī)范這個行業(yè)了。2014年12月，《便攜式電子產(chǎn)品用鋰離子電池和電池組安全要求》(GB31241-2014)在千呼萬喚中出場，魚龍混雜的鋰電池行業(yè)，終于迎來洗牌。

鋰電池國家標(biāo)準(zhǔn)倒逼行業(yè)技術(shù)改革

新標(biāo)準(zhǔn)GB31241對鋰電池的測試達(dá)到了無死角覆蓋，除了包含常規(guī)的安全要求(安全工作參數(shù)、標(biāo)識要求、警示說明、耐久性)以外，還特別提出了對電池組環(huán)境的試驗(yàn)、電池組安全試驗(yàn)、電池組保護(hù)電路安全測試要求、系統(tǒng)保護(hù)電路安全要求等30多項(xiàng)測試，堪稱當(dāng)時最苛刻的國家強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)。后續(xù)出臺的鋰電池標(biāo)準(zhǔn)，也都以其為基礎(chǔ)模板進(jìn)行增減、修改。

對于大型鋰電生產(chǎn)企業(yè)來說，鋰電池國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布對企業(yè)生產(chǎn)影響并不大，因?yàn)榇笮弯囯娖髽I(yè)的生產(chǎn)設(shè)備相對優(yōu)越，生產(chǎn)工藝流程也相對嚴(yán)格，甚至超過了國家標(biāo)準(zhǔn)。但對于沒有標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)設(shè)備的小電池廠來說，鋰電池國家標(biāo)準(zhǔn)對其產(chǎn)品及工藝提出了近乎苛刻的要求。可以說，鋰電池國家標(biāo)準(zhǔn)，正是鋰電池產(chǎn)品安全的最基本保障，它倒逼著行業(yè)進(jìn)行設(shè)備升級和技術(shù)突破。

為確保鋰離子電池的安全使用，廠家們進(jìn)行了嚴(yán)格、周密的電池安全性能設(shè)計(jì)，以達(dá)到國家安全標(biāo)準(zhǔn)：

一、通過各種環(huán)境濫用測試。對電池進(jìn)行各項(xiàng)濫用實(shí)驗(yàn)，如外部短路、過充、針刺、沖擊、焚燒等，考察電池的安全性能；進(jìn)行溫度沖擊實(shí)驗(yàn)和振動、跌落、沖擊等力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，考察電池在實(shí)際使用環(huán)境下的性能。

二、研發(fā)采用先進(jìn)的SEI膜。作為電極材料的“保護(hù)傘”，一方面，SEI膜可消耗部分鋰離子，降低電極材料的充放電效率；另一方面，SEI膜能有效防止溶劑分子的共嵌入，避免因溶劑分子共嵌入對電極材料造成破壞，大大提高電極的循環(huán)性能和使用壽命。

三、研發(fā)新型電解液。目前大部分商用鋰離子電池都采用LiPF6的EC/DMC作為電解液，因其較高的離子導(dǎo)電率與較好的電化學(xué)穩(wěn)定性。由于液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池存在漏液、爆炸等安全性問題，固體電解液的研究被提上日程，固體聚合物電解質(zhì)既可作為正負(fù)電極間隔膜，又可用作傳遞離子的電解質(zhì)。

四、挖掘新型鋰電正極材料。作為鋰電池的核心，正極材料在鋰電池的總成本中占據(jù)40%以上的比例，其性能直接影響鋰電子電池的各項(xiàng)性能指標(biāo)。基于對鋰電池性能的差異化需求，各種主流鋰電正極材料在各領(lǐng)域中得到合適的應(yīng)用。專家預(yù)計(jì)，到2020年鋰電正極材料市場規(guī)模有望達(dá)到595億元。

以三元材料為主導(dǎo)的動力鋰電池正在崛起

在鋰電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模迅速擴(kuò)張的背景下，決定鋰電池能量密度、循環(huán)壽命和安全性等重要指標(biāo)的正極材料備受業(yè)界關(guān)注。目前鋰離子電池的負(fù)極材料仍主要以石墨為主，而正極材料領(lǐng)域出現(xiàn)了百家爭鳴的局面，鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等材料陸續(xù)產(chǎn)業(yè)化，并應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。

就現(xiàn)階段而言，磷酸鐵鋰電池仍占據(jù)著市場的主導(dǎo)地位，一個重要原因是：磷酸鐵鋰材料具有穩(wěn)定的橄欖石結(jié)構(gòu)，理論上可以允許結(jié)構(gòu)中的鋰全部脫出，充放電可逆性好，循環(huán)性能十分優(yōu)越。另一種材料錳酸鋰雖然具有較高的氧化還原放熱穩(wěn)定性，且充放電循環(huán)300多次后容量保持率仍達(dá)到90%以上，工業(yè)化成熟度、成本、一致性均優(yōu)于磷酸鐵鋰，但其安全性較差。

此外，業(yè)界大多廠家認(rèn)為三元材料將成為未來市場的主流。一方面，三元材料低溫下性能較好，零下攝氏度時的放電效率大大高于其他材料。眾所周知，高溫管理比低溫方便，低溫升到高溫的熱管理設(shè)計(jì)較難實(shí)現(xiàn)；另一方面，三元材料的能量密度和電壓平臺高，對于提高電動汽車的續(xù)航里程有很大幫助。相反的，磷酸鐵鋰電池在能量密度的研發(fā)上已經(jīng)進(jìn)入瓶頸。

未來鋰離子電池必定是朝高安全性、高能量密度、長壽命、高可靠性及低成本等方向發(fā)展。其中，安全是第一位的，補(bǔ)貼新政與電池能量密度掛鉤，導(dǎo)致一味追求高能量密度的廠家比比皆是，國內(nèi)外頻繁的電動車事故，時刻提醒著我們：任何超越目前安全技術(shù)水平的“大躍進(jìn)”，在安全面前都是站不住腳的。

在保證安全性的前提下，降低成本、提高性能是唯一的出路。部分電池生產(chǎn)商通過增大電池尺寸來達(dá)到提高能量密度的目的。在現(xiàn)有條件下，21700三元鋰電池系統(tǒng)的能量密度可達(dá)300Wh/kg左右，比18650鋰電池系統(tǒng)的250Wh/kg提高了20%——由于電池單體電池容量的提升意味著同等能量下所需電芯的數(shù)量減少，如此一來雖然單個電芯的重量和成本提升了，但電池系統(tǒng)PACK的重量和成本卻得到了降低。

但，一味的增大電池尺寸并不是長久之計(jì)。在目前的技術(shù)水平下，高能量密度和高循環(huán)壽命兩者不可兼得。據(jù)測算，容量每提升10%，電池循環(huán)壽命大約會降低20%；充放電倍率降低30~40%；同時電池會有20%左右的溫升。如持續(xù)增大尺寸大話，又將面對犧牲安全性所帶來的風(fēng)險。因此，引導(dǎo)業(yè)內(nèi)對三元鋰電池有正確的認(rèn)識，避免一味追求高能量密度，提升安全性才是重中之重。

電動汽車發(fā)展落后于預(yù)期，鋰電池成儲能技術(shù)理想選擇

目前，鋰離子電池主要應(yīng)用于交通動力、電力儲能、移動通信、航天特種等領(lǐng)域。受國內(nèi)補(bǔ)貼政策和Tesla、比亞迪（002594）等大型車企影響，以電動汽車為主要載體的三元動力鋰電池備受青睞。

根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》，計(jì)劃到2020年，純電動汽車和插電式混合動力汽車生產(chǎn)能力達(dá)200萬輛、累計(jì)產(chǎn)銷量超過500萬輛。在新能源雙積分政策以及汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的大環(huán)境下，國內(nèi)新能源汽車產(chǎn)品層出不窮，更新迅速，但其性價比仍不能完全滿足實(shí)際需要，電動汽車成本尤其電池組的成本仍超出普通消費(fèi)者的承受能力。隨著新能源汽車補(bǔ)貼下行，并受經(jīng)濟(jì)增速放緩、中美貿(mào)易摩擦、內(nèi)需呈現(xiàn)疲軟態(tài)勢等因素影響，“新車賣的好，但卻不賺錢”的尷尬行情持續(xù)在第三季度上演。

總體來看，市場疲乏導(dǎo)致的產(chǎn)品積壓問題困擾著大部分新能源車企。此外，還有不少國內(nèi)新勢力車企依舊停在“ppt”造車階段，面對補(bǔ)貼政策緊縮、續(xù)航里程和電池能量密度門檻的提高，無法實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)交付導(dǎo)致融資困難成為其面對的一大困擾。可見，國內(nèi)電動汽車發(fā)展仍落后于國人預(yù)期，隨著外來品牌的“大舉入侵”，未來國內(nèi)新能源汽車市場的競爭將更加嚴(yán)峻。

在儲能領(lǐng)域，鋰離子電池的霸主地位已十分牢固。2018年6月，國家標(biāo)準(zhǔn)《電力儲能用鋰離子電池》(GB/T36280-2018)發(fā)布，并將于2019年1月實(shí)施。隨著電池技術(shù)帶來鋰電池成本的下降和能量密度的提升，儲能行業(yè)有望迎來快速發(fā)展。

值得一提的是，將“退役”的三元鋰電池回收用于儲能的可行性仍然存疑。眾所周知，三元鋰循環(huán)壽命相對短，容量衰減較快，三元動力電池報廢時，自身的容量已經(jīng)下降很多，性能不再有明顯優(yōu)勢。更可以預(yù)見的是安全性也將更差，因?yàn)殡S著材料不斷循環(huán)，比表面積變大，活性位點(diǎn)也將隨之增加。即便截止壽命被限定在初始容量的80%，在容量剩余不到80%以后，循環(huán)跳水的情況也容易發(fā)生。因此，筆者認(rèn)為，鑒于鎳鈷錳的價格比磷酸鐵鋰更貴，尤其是鈷，將其回收后提取才能帶來更大的價值。

結(jié)語

經(jīng)十幾年的發(fā)展，鋰離子電池產(chǎn)業(yè)基本形成了中日韓三分天下的格局。在可預(yù)見的未來，中國在鋰離子電池正極材料的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢：鋰、鈷、鎳、錳等原料資源豐富、正極及其前驅(qū)體產(chǎn)業(yè)齊全、有色金屬冶煉工藝成熟，且擁有全世界最完整的動力電池產(chǎn)業(yè)鏈。

此外，我們也應(yīng)看到，在海外，仍是松下、三星、LG產(chǎn)品的天下，國內(nèi)在鋰電池材料的前期研究和知識產(chǎn)權(quán)方面還和頂尖跨國企業(yè)存在差距。市場競爭、適者生存，唯有科技創(chuàng)新是王道，國內(nèi)鋰電池產(chǎn)業(yè)雖然飽受期待，但尚需協(xié)力前行。