新能源观点｜欧阳明高院士剖析动力电池可持续发展技术路线图

编辑 |王一分

出品 | 商用汽车网（shangyongqiche）

此前，中国科学院院士欧阳明高以《推动新能源汽车可持续增长》为题，围绕汽车整车技术、电池可持续发展、充换电和电动汽车智慧能源以及氢能与燃料电池等热点发表见解。本文根据欧阳明高发言整理，重点谈谈动力电池可持续发展技术路线图及相关剖析。

中国科学院院士欧阳明高

动力电池装机量

大陆动力电池装机量随着电动汽车的快速增长而增加。2021年1到9月份共装车0.92亿千瓦时，全年预计1.5亿千瓦时左右。2025年预计在6亿千瓦时左右，2030年预计在15亿千瓦时到20亿千瓦时之间。国外机构基于2030年全球5500万辆电动汽车年销量的激进预测给出的动力电池的年装车量结果是50亿千瓦时，而保守预测结果是30亿千瓦时。

基于电动汽车保有量可以预测中国车载电池的总保有量，预计2025年会超过20亿千瓦时，2030年会超过70亿千瓦时，2035年会超过150亿千瓦时。

由于电动汽车市场火爆，刺激上游电池产业快速扩产。据统计中国动力电池规划产能2023年将达10亿千瓦时，2025年接近25亿千瓦时。当然，规划产能会大于动力电池年产量，同时年产量中除了车用电池外，还有储能电池等一系列其它用途，估计2025年电池总出货量在10亿千瓦时左右。

电池产量的快速膨胀会刺激上游材料周期性涨价。同时也会引起公众对材料资源短缺的担心。从潜力看，全球锂资源经济可采储量为2100万吨，如果按三元811电池材料体系算，可以生产电池2000亿千瓦时。按平均一辆车100千瓦时算，可以制造20亿辆电动汽车。当然这不能全部用于汽车，别的地方也要用。但这是经济可采储量，总勘探储量是8600万吨。而且因为总勘探储量近年还在不断增加，似乎问题不是很大。

但是，钴的资源就没有那么乐观了，经济可开采储量只有710万吨。照此计算只能到950亿千瓦时。至于锰的资源则没有问题，非常富余。

然而资源分布却不均匀，锂矿有3/4分布在澳大利亚、智利、阿根廷。钴矿有2/3依赖于非洲的刚果金。镍矿的一半依赖于印尼和俄罗斯。资源分布是极不均匀。所以，资源的压力还是有的，不能掉以轻心。

电池材料的循环可持续

如果循环利用做得好，支撑发展问题不会很大。材料循环要耗能、要排放，电池生产也会耗能和排放，可持续发展也是重大问题，也就是电池全生命周期的碳排放是问题。以三元高镍811锂离子电池而言，每千瓦时全生命周期碳排放大约是87公斤。三元电池相对碳排放是比较高的主要原因是正极材料，包括前躯体和正极材料制备的碳排放就占了总排放的一半。磷酸铁锂电池全生命周期碳排放相比三元NCM811化学体系约降低三分之一。至于钠离子电池，碳排放就更低。

怎么解决碳排放问题？第一，电能清洁化，电池产业链要尽可能往西部转移，四川、贵州、云南、青海是非常合适的地方，利用可再生能源和当地资源优势是一个根本途径。第二，电池回收利用再生制造。第三，全产业链生产工艺改进、提升关键环节能效。

从回收角度看，2025年中国需要回收和梯次利用的电池总量将达到1.25亿千瓦时。国家层面非常重视电池回收利用，国务院、发改委、工信部、发了很多的文件，现在满足废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件有14家回收利用企业，将来还会继续扩大。

主要的回收手段现在有三种：干法、湿法和物理回收。干法是烧，能耗偏大，环保问题还是有的。湿法是生产效率偏低一点，设备比较复杂，也有一些腐蚀性溶剂。现在推崇的是进行物理回收、电池修复和材料再生的科技创新。电动汽车退役电池要通过精确的电池剩余电量测试，进行分选。然后分门别类进行修复、梯次利用和材料回收再生。

从电池全生命周期减排的潜力看，现有电力结构下，物理回收减排超过50%；湿法回收减排32%；火法回收减排3.5%。随着绿电比例的提升，在2030年电力结构背景下碳排放再降低12%；2050电网深度脱碳背景下，碳排放再降低75%；100%绿电可以实现电池生产制造全生命周期近零排放。

别的电池取代现在的锂电池？

这是动力电池技术可持续发展问题。首先，锂离子电池还会用很久。当前这一代锂离子电池的比能量上限大约是每公斤300瓦时左右，新型锂离子电池可以达到每公斤350瓦时到400瓦时。2025年会出现与现有液态电解质锂离子电池比能量大体相当的第一代全固态电池。2030年后出现第二代采用新型正负极材料的全固态电池，比能量会提升到每公斤500瓦时，还会有高比能量锂-硫电池、金属空气电池。

钠离子电池现在已经出现，但是各方面性能还不能满足高性能汽车使用要求。预计到2035年，钠离子电池、钾离子电池性能会大幅提升，比能量会达到每公斤300瓦时左右。与现在的高比能量锂离子电池相当。

从电池产业可持续发展角度看，估计现有的锂离子电池，包括固液混合的锂离子电池，2030年之前还是绝对主导地位。第一代全固态电池产业化，占市场比例接近1%的时间点可能在2030年左右。2035年之后，新一代固态电池，钾、镁、钠、锂-硫等各类电池会进入市场。到2050年，液态锂离子电池有可能减少到约20%。

电池全链条智能化趋势

材料既要回收，同时也要开发新的材料体系，以及挖掘现有材料的性能潜力。每一种电池材料比容量都有一个理论值，但实际上做出来的电池产品是很难达到这个理论值。这是因为现在的材料合成与电池设计主要采用“试错法”。

通过智能化手段可以使设计进一步优化，比如材料基因组基于人工智能材料筛选和设计，可以利用仿真设计，再利用智能制造，应用过程中的智能电池管理，最后到达使用寿命后智能回收，实现全过程智能化。这也是欧盟2030电池计划的核心思想。

通过智能设计，使电池实际性能与理论值之间差距减少一半，智能回收最终使回收原材料的利用率接近100%，全生命周期的碳足迹减少1/2，科技的潜力非常大，动力电池可持续发展是有保障的。