性能、安全、成本持续优化，车用动力电池快速突围

我国新能源汽车产业的狂飙突进，将动力电池与燃料电池推至车用动力变革的前沿。从材料实验室的微观突破到整车系统的集成革命，一场围绕能量密度、安全边界与成本效率的技术竞逐正在重塑产业格局。在第五届车用动力系统国际论坛动力电池及燃料电池分会场中，与会专家学者针对动力电池与燃料电池的技术革新与未来发展，进行了系统阐释和剖析。

动力电池能量密度与安全性全面提升

新能源汽车对续航里程需求提升，提高动力电池能量密度成为关键因素。当前锂离子电池虽占主流，但其能量密度接近理论极限，而富锂锰基正极材料因高比容量和低成本优势，成为提升电池能量密度的优质材料。“富锂正极材料能够实现300mAh/g的比能量。如果用于固态电池，电池能量密度能达到600~700Wh/kg甚至更高，为电池发展注入新的动力。”北京大学教授夏定国说。

据介绍，富锂锰基材料通过优化电池结构有望大幅提升能量密度，但面临循环稳定性和电压衰退问题。夏定国带领团队通过系统研究，解决了这些问题，实现富锂材料在保持高倍率的同时不产生电压衰退。

中国汽车工程学会科技创新部总监曲婧瑶则从电气架构角度提出支撑方案：“高功率负载（如主动悬架/旋转座椅）需48V架构支撑（欧姆定律降损25%）。特斯拉CyberTruck的环形网络已验证一级配电的可行性，但需突破64V耐压标准缺失和电弧风险。”而除了工程上的风险之外，48V架构在考虑前期的芯片和产线工艺投入的基础上，与12V电源架构相比前期成本增加在1500元左右。“预计在2028年~2030年之间，成本有望打平，这是市场化应用的基础。”曲婧瑶说。

而中国科学院物理所特聘研究员容晓晖则提出钠离子电池与锂离子电池的互补路径。“钠离子电池具有长寿命、宽温区、高倍率、易制造、低成本、高安全的突出优势，其在-40℃低温下能保持60%容量，10C快充适配重卡日行400km需求，相比锂离子电池能够少装电池，提升15%载货量。钠离子电池与锂离子电池混用可优化低温场景，钠离子电池用作热管理电源，已在兆瓦时储能电站实现应用。”目前，中国科学院物理所牵头成立的中科海钠科技责任有限公司，已经具备公斤级的材料量产技术以及电芯的批量制备技术。“中科海钠在材料方面的生产线已经实现正负极材料千吨级制备，万吨级生产线初步建设完成，目前准备筹备十万吨级材料正负极材料生产线建设。而在电芯方面，实现了1GWh的生产线建设，另外我们也将筹备10Gwh的电芯建设产线。”容晓晖说。

固态电池作为下一代电池技术代表，正从实验室走向产业化。其采用固态电解质替代传统液态电解质，提高能量密度并解决了电池安全问题。北京卫蓝新能源科技有限公司研发总监徐航宇说：“固态电池理论上有些局限性，毕竟还有液体存在。但实际上混合固液电池已经能够实现比较好的安全的性能。”混合固液电池作为全固态电池产业化之前的过渡方案，展现出良好的安全性能和较高能量密度。徐航宇介绍，通过原位固化技术，可在电池内部形成与正负极颗粒保持原位共形接触的电解质，提高锂离子传导效率，提升电池性能。而在未来，全固态电池有望成为动力电池市场主流。

动力电池安全性能是新能源汽车发展的基石，提高安全性能、防止热失控是技术发展重点。新国标将“不起火、不爆炸”作为强制性要求，标志着行业进入“零容忍”安全时代。“新国标取消热扩散5分钟缓冲期，新增底部撞击和快充后循环测试，并通过涉水综合场景（振动+盐雾+泡水）验证全生命周期安全。”中国汽车技术研究中心新能源汽车检验中心韩策博士说。他认为动力电池安全性判定的关键挑战是硫化物体系需大于5MPa压力维持界面接触，聚合物体系对温度敏感（-30℃性能骤降）。因此，中国汽车技术研究中心首席科学家王芳团队制定了全球首项全固态判定标准（失液率＜1%），并通过整车级热扩散测试模拟周边火灾风险。

为提升动力电池安全性能，一方面，通过材料创新，如采用高镍低钴或无钴正极材料，减少热失控风险；另一方面，优化电池结构设计和热管理系统，确保电池在各种工况下安全运行。中科院电工所研究员王丽芳强调：“电池管理系统的智能化发展对于提升电池安全性能至关重要。通过实时监测电池状态，预测并预防潜在的安全隐患，可以有效降低电池安全事故的发生率。”王丽芳在演讲中表示，智能化电池管理系统集成高精度传感器和先进算法，能实时监测电池的温度、电压、电流等关键参数，及时发现并处理潜在安全隐患。此外，多层次安全防护体系的建立，如电池包的热隔离、防火设计等，也提高了电池安全性能。

云山动力董事长袁定凯从大圆柱电池角度提出革命性方案。"全极耳设计将电子迁移距离从1-2米缩短至80毫米，通道数提升千倍，内阻降至1.5mΩ——这是实现10C超充的基础。我们通过切/折/卷工艺解决极耳焊接粉尘难题，4695电池在-40℃仍可放出60%容量，热电分离设计使单体热失控时定向泄压，模组级热蔓延测试实现'零引燃'。”袁定凯说。

快充技术对提升新能源汽车用户体验意义重大，在消费终端已成为重要卖点。但快充技术依然存在电池老化加速、充电设施不足等挑战，针对此，行业内正积极寻求解决方案。

一方面，通过技术创新提高电池快充性能和循环寿命。例如，采用高倍率充放电材料和优化电池管理系统，实现电池在快充条件下的高效、安全运行。“插混动力电池技术的开发与应用，不仅提升了新能源汽车的续驶里程，也为快充技术的发展提供了有力支持。”宁德时代未来能源研究院副院长刘明辉说。

而中汽研新能源汽车检验中心（天津）副总工程师樊彬则提出充电兼容性核心解决方案：“我们建立了虚拟场站测试覆盖98%充电桩故障场景，'六芒星指标'量化充电耗时与功率波动。CCTA认证（如'兆瓦充电之星'）推动车企优化V2G电网交互策略。”

燃料电池性能、系统、场景的协同跃升

燃料电池具有高效、环保、可再生等优点，但截至目前，尚未解决成本问题，这直接导致商业化进程缓慢。国家电投氢能公司总经理陈平指出：“随着国产化进程的加速，燃料电池的生产成本有望进一步降低，从而推动其商业化应用。”陈平介绍，通过材料创新和技术优化，能够显著提高燃料电池能量转换效率和耐久性。例如采用新型催化剂和质子交换膜材料，降低内部电阻和能耗；优化电池结构设计，提高散热性能和稳定性。降本的核心则是推动燃料电池核心零部件国产化进程，降低生产成本。当前，燃料电池核心零部件如催化剂、质子交换膜等依赖进口，导致成本较高，加强自主研发和国产化替代，可有效降低成本，提高市场竞争力。

燃料电池系统集成度和智能化水平直接影响其性能和可靠性。当前，燃料电池系统正朝着高度集成化和智能化方向发展。通过优化系统设计，提高系统集成度，降低成本，提高效率。同时，利用大数据、人工智能等技术，实现燃料电池系统的智能控制和故障诊断。北京航空航天大学助理研究员曹瑞认为：“端云融合的动力电池智慧管控技术为燃料电池系统的智能化发展提供了新思路。通过实时监测燃料电池状态，预测并预防潜在的安全隐患，可以有效提升燃料电池系统的安全性和可靠性。”智能化燃料电池系统集成高精度传感器和先进算法，能实时监测燃料电池的温度、压力、流量等关键参数，及时发现并处理潜在安全隐患。此外，通过云端数据分析，可对燃料电池系统的运行状态进行远程监控和优化调整，提高运行效率和可靠性。

与此同时，燃料电池应用场景正不断拓展和多元化。除传统交通运输领域外，在分布式发电、军事、航空航天等领域也有广泛应用前景。在交通运输领域，燃料电池汽车以零排放、长续驶里程等优点，成为新能源汽车重要的发展方向。陈平提到：“燃料电池在能量密度提升上，氢作为能量密度，特别是质量比能量，它未来的应用还是有优势的。”

随着技术进步和成本降低，燃料电池在更多领域的应用将成为可能。在分布式发电领域，燃料电池可作为分布式发电系统的核心设备，为家庭、商业建筑等提供清洁、可靠的电力。在军事领域，燃料电池因体积小、重量轻、噪声低等特点，适用于军事通信、侦察等特殊场景。在航空航天领域，燃料电池可作为航空航天器的辅助电源，提高能源利用效率。

动力电池与燃料电池在技术上具有一定互补性。动力电池具有高能量密度和快速充放电能力，适用于短途、高频次出行场景；燃料电池具有高效能和长续航里程优势，适用于长途、低频次出行场景。将二者进行技术互补与融合创新，可满足不同出行场景需求。例如，在混合动力汽车中，可采用动力电池与燃料电池的组合方式，实现优势互补。“大圆柱电池标准化型号可覆盖混动车型50~100Ah需求，解决6000种电池包售后难题。在800V高压平台上，80-100度电重卡采用100Ah电池，其高功率特性（6C持续放电）与燃料电池长续航形成完美互补。”袁定凯说。

基于此，与会专家认为，动力电池与燃料电池产业链协同与资源整合对推动协同发展具有重要意义。二者产业链均涵盖原材料供应、电池制造、系统集成、应用市场等多个环节，加强产业链上下游企业之间的合作与协同，可实现资源共享、优势互补，降低生产成本，提高产品质量和性能。