新能源觀點｜歐陽明高院士剖析動力電池可持續發展技術路線圖

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出品 | 商用汽車網（shangyongqiche）

此前，中國科學院院士歐陽明高以《推動新能源汽車可持續增長》為題，圍繞汽車整車技術、電池可持續發展、充換電和電動汽車智慧能源以及氫能與燃料電池等熱點發表見解。本文根據歐陽明高發言整理，重點談談動力電池可持續發展技術路線圖及相關剖析。

中國科學院院士歐陽明高

動力電池裝機量

大陸動力電池裝機量随着電動汽車的快速增長而增加。2021年1到9月份共裝車0.92億千瓦時，全年預計1.5億千瓦時左右。2025年預計在6億千瓦時左右，2030年預計在15億千瓦時到20億千瓦時之間。國外機構基于2030年全球5500萬輛電動汽車年銷量的激進預測給出的動力電池的年裝車量結果是50億千瓦時，而保守預測結果是30億千瓦時。

基于電動汽車保有量可以預測中國車載電池的總保有量，預計2025年會超過20億千瓦時，2030年會超過70億千瓦時，2035年會超過150億千瓦時。

由于電動汽車市場火爆，刺激上遊電池産業快速擴産。據統計中國動力電池規劃産能2023年将達10億千瓦時，2025年接近25億千瓦時。當然，規劃産能會大于動力電池年産量，同時年産量中除了車用電池外，還有儲能電池等一系列其它用途，估計2025年電池總出貨量在10億千瓦時左右。

電池産量的快速膨脹會刺激上遊材料周期性漲價。同時也會引起公衆對材料資源短缺的擔心。從潛力看，全球锂資源經濟可采儲量為2100萬噸，如果按三元811電池材料體系算，可以生産電池2000億千瓦時。按平均一輛車100千瓦時算，可以制造20億輛電動汽車。當然這不能全部用于汽車，别的地方也要用。但這是經濟可采儲量，總勘探儲量是8600萬噸。而且因為總勘探儲量近年還在不斷增加，似乎問題不是很大。

但是，钴的資源就沒有那麼樂觀了，經濟可開采儲量隻有710萬噸。照此計算隻能到950億千瓦時。至于錳的資源則沒有問題，非常富餘。

然而資源分布卻不均勻，锂礦有3/4分布在澳洲、智利、阿根廷。钴礦有2/3依賴于非洲的剛果金。鎳礦的一半依賴于印尼和俄羅斯。資源分布是極不均勻。是以，資源的壓力還是有的，不能掉以輕心。

電池材料的循環可持續

如果循環利用做得好，支撐發展問題不會很大。材料循環要耗能、要排放，電池生産也會耗能和排放，可持續發展也是重大問題，也就是電池全生命周期的碳排放是問題。以三元高鎳811锂離子電池而言，每千瓦時全生命周期碳排放大約是87公斤。三元電池相對碳排放是比較高的主要原因是正極材料，包括前軀體和正極材料制備的碳排放就占了總排放的一半。磷酸鐵锂電池全生命周期碳排放相比三元NCM811化學體系約降低三分之一。至于鈉離子電池，碳排放就更低。

怎麼解決碳排放問題？第一，電能清潔化，電池産業鍊要盡可能往西部轉移，四川、貴州、雲南、青海是非常合适的地方，利用可再生能源和當地資源優勢是一個根本途徑。第二，電池回收利用再生制造。第三，全産業鍊生産工藝改進、提升關鍵環節能效。

從回收角度看，2025年中國需要回收和梯次利用的電池總量将達到1.25億千瓦時。國家層面非常重視電池回收利用，國務院、發改委、工信部、發了很多的檔案，現在滿足廢舊動力蓄電池綜合利用行業規範條件有14家回收利用企業，将來還會繼續擴大。

主要的回收手段現在有三種：幹法、濕法和實體回收。幹法是燒，能耗偏大，環保問題還是有的。濕法是生産效率偏低一點，裝置比較複雜，也有一些腐蝕性溶劑。現在推崇的是進行實體回收、電池修複和材料再生的科技創新。電動汽車退役電池要通過精确的電池剩餘電量測試，進行分選。然後分門别類進行修複、梯次利用和材料回收再生。

從電池全生命周期減排的潛力看，現有電力結構下，實體回收減排超過50%；濕法回收減排32%；火法回收減排3.5%。随着綠電比例的提升，在2030年電力結構背景下碳排放再降低12%；2050電網深度脫碳背景下，碳排放再降低75%；100%綠電可以實作電池生産制造全生命周期近零排放。

别的電池取代現在的锂電池？

這是動力電池技術可持續發展問題。首先，锂離子電池還會用很久。目前這一代锂離子電池的比能量上限大約是每公斤300瓦時左右，新型锂離子電池可以達到每公斤350瓦時到400瓦時。2025年會出現與現有液态電解質锂離子電池比能量大體相當的第一代全固态電池。2030年後出現第二代采用新型正負極材料的全固态電池，比能量會提升到每公斤500瓦時，還會有高比能量锂-硫電池、金屬空氣電池。

鈉離子電池現在已經出現，但是各方面性能還不能滿足高性能汽車使用要求。預計到2035年，鈉離子電池、鉀離子電池性能會大幅提升，比能量會達到每公斤300瓦時左右。與現在的高比能量锂離子電池相當。

從電池産業可持續發展角度看，估計現有的锂離子電池，包括固液混合的锂離子電池，2030年之前還是絕對主導地位。第一代全固态電池産業化，占市場比例接近1%的時間點可能在2030年左右。2035年之後，新一代固态電池，鉀、鎂、鈉、锂-硫等各類電池會進入市場。到2050年，液态锂離子電池有可能減少到約20%。

電池全鍊條智能化趨勢

材料既要回收，同時也要開發新的材料體系，以及挖掘現有材料的性能潛力。每一種電池材料比容量都有一個理論值，但實際上做出來的電池産品是很難達到這個理論值。這是因為現在的材料合成與電池設計主要采用“試錯法”。

通過智能化手段可以使設計進一步優化，比如材料基因組基于人工智能材料篩選和設計，可以利用仿真設計，再利用智能制造，應用過程中的智能電池管理，最後到達使用壽命後智能回收，實作全過程智能化。這也是歐盟2030電池計劃的核心思想。

通過智能設計，使電池實際性能與理論值之間差距減少一半，智能回收最終使回收原材料的使用率接近100%，全生命周期的碳足迹減少1/2，科技的潛力非常大，動力電池可持續發展是有保障的。