肖成伟：车用动力电池技术发展趋势
无论从哪个角度来看，动力电池都是汽车行业电动化转型最核心的关键零部件之一，也是行业内竞争激烈的细分领域。
我国动力电池性能取得长足进步
2024年，全球新能源汽车销量为1700万辆，中国约占70%市场份额，已连续10年位列全球第一。2025年中国新能源汽车的销量预计约为1400~1600万辆。从动力电池配套量来看，2024年约为0.5TWh，约占全球60%~70%的市场份额，这一规模为中国汽车行业的电动化转型、全球汽车市场的电动化转型做出了巨大贡献和强有力支撑。在动力电池全球销量前十排名中，中国企业占六席。目前，我们已培育出世界级的动力电池企业，如宁德时代、比亚迪等。
伴随着新能源汽车行业的快速发展，动力电池的技术水平亦在快速前进。从“十三五”时期到“十四五”时期，动力电池的各项技术指标均有了明显进步。单就动力电池能量密度而言，行业普遍希望动力电池的能量密度能达到400W/kg，下一代锂离子电池将向500W/kg努力。在这一方面，离不开国家级项目支持的扶持。
从车用动力电池的发展路径来看，依旧是基于锂离子动力电池，我们经过了液态磷酸铁锂、液态三元锂，到目前固液混合动力电池，未来将向全固态动力电池的新电池体系发展；在电池型态上，主要以方形和大圆柱为主，软包电池占比较小。大圆柱电池多为46系列（4680、4695、46120为主）。对于方形电池而言，无论是“长刀”还是“短刀”磷酸铁锂电池，基本可做到190Wh/kg的水平，体积能量密度可达400Wh/L的标准。
发展固态电池有助于提升安全性能
在固态电池方面，全球很多企业均在进行研发，国内很多科研院所和高校也在持续投入。总体来看，固态电池电解质可分为氧化物、硫化物、氯化物和聚合物四类，在电池形式上，全固态和固液混合态均有涉及。
目前，磷酸铁锂单体电芯可实现150Wh/kg的能量密度，下一步发展方向是提高单体电芯的电压，例如提升至2.7V，甚至2.8V，通过对负极材料增加硅含量，有望将磷酸铁锂单体电芯的能量密度提升至240Wh/kg，按照磷酸铁锂电池0.8的成组系数计算，基本可做到200 Wh/kg的系统能量密度，在这种情况下，即便是300 Wh/kg的三元液态电池，系统能量密度也只有210~220 Wh/kg左右（按0.7成组系数计算），磷酸铁锂电池依旧有较好的性能优势，但对于液态电芯而言，再向上提高能量密度便要面临诸多风险。
从热失控性能来看，三元液态电池的热失控的温度在180℃左右，磷酸铁锂液态电池约为220℃左右，而固液混合电池的则为250~260℃，全固态电池的热失控温度则可控制在300℃度左右，因而发展固态电池，对于热失控监测留出了很大冗余。换言之，发展固态电池对于电池的安全性能有了较大提升。
目前，行业出现了一些固液混合态电池的试用案例。如蔚来汽车开发的360Wh/kg固液混合态电池，将150kWh的该类电池配装在蔚来ET7车型上，可以实现1000公里的续驶里程，这是一个非常具有代表性的产品。当前，很多企业也在进行类似规格的产品研发。
固液混合态电池将长期存在
固液混合态电池是介于液态电池和全固态电池的过渡阶段，但这一阶段将持续较长时间。下一步动力电池的研发和产业化重点，是材料体系方面的建设。动力电池的正极以高镍、超高镍、富锂锰基是主要产业发展方向；负极材料以硅碳、锂合金为主；电解质材料以聚合物复合和硫化物这两类作为产业链发展重点。这样的组合，便会派生出全固态电池不同的技术路线。
我认为，采用聚合物复合电解质的全固态电池有望较早落地。它基本可沿用目前液态电池的生产工艺和生产装备。此外，硫化物也不失为重要的发展方向。从系统集成角度看，CTC、CTB模式仍需考虑成本问题。因而，模组化、多模组型态或是相对可行的发展方向。
从成本角度而言，固态电池的成本依旧较高，或是目前液态电池的5~10倍。考虑到全固态电池主要配套高端车型，在理想情况下，固态电池形成规模化后，成本将逐渐下降。我们计划到2027年左右，固态电池能形成百辆到千辆级别的示范运行，到2030年实现配装千辆车小规模的应用，到2035年实现大规模应用。
新体系电池的发展思路
谈及新体系电池的发展，目前主要以钠离子电池为主，一是用在启停电池上，这类电池的能量密度相对偏低，基本在140~165Wh/kg左右，若要和磷酸铁锂电池竞争，还需要不断提升它的能量密度，我们计划将之提升到200Wh/kg，将钠离子电池也进行固态化，正极采用镍极氧化物，负极用无钠负极或钠合金负极，这一类型电池也得到了政府主管部门的研发支持。
此外，锂硫电池也属新体系电池。此前，主要以液态电池为主，能量密度约在230~450Wh/kg之间，循环寿命较低。因为它是液态电池，多硫化物易溶解，我们将多硫化物溶解的情况进行抑制后，能量密度可达600Wh/kg，目前这一类电池还处于技术储备阶段。
全固态电池的定义，还是应依据中国汽车工程学会牵头制定的团体标准。目前的判定方法是，在真空条件下，进行120℃6小时加热，若失重率在1%以内，则判定为是全固态电池。无论是硫化物还是聚合物复合电解质，我们认为，这一技术指标也控制在千分之五以内。目前，有很多企业的产品已达到这一水平，这一技术指标对全固态电池的技术推进影响很大。
（本文为中国电子科技集团第十八所研究员、国家重点研发计划新能源汽车专家组副组长肖成伟 在第五届车用动力系统国际论坛上的演讲内容）
