欧阳明高：动力电池可持续发展技术路线图

12月2日，中国电动汽车百人会2021年度媒体沟通会在北京举行，会议宣布第八届中国电动汽车百人会论坛将于2022年3月25-27日正式举办。中国电动汽车百人会副理事长欧阳明高院士就新能源汽车产业技术与总体发展趋势做了四方面的详细阐述，以下为第二部分“动力电池可持续发展技术路线图”。

本文来源：微信公众号 电动汽车百人会 ID：ChinaEV100

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随着电动汽车爆发式增长，大家对动力电池可持续发展非常关注，提出了很多问题。比如动力电池全生命周期的碳排放与材料回收；未来电池材料体系的中长期发展路线图；动力电池全链条的智能化与智能电池技术等。

01

动力电池的装机量

我国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0.92亿千瓦时电池，全年预计1.5亿千瓦时左右。预计2025年在6亿千瓦时左右，2030年在15~20亿千瓦时之间。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全球2030年汽车动力电池的年装车量结果是50亿千瓦时，而保守的预测结果是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年就会超过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的年产量，同时年产量中除了新能源汽车电池外还有储能电池等一系列其它用途，我们估计2025年电池总出货量在10亿千瓦时左右。

02

电池材料安全和环保

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。当然不能全部用于汽车电池，好多别的地方也要用。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，经济可开采储量也就710万吨。按照这个算，就只能做950亿千瓦时。至于锰就没有问题了，非常富余。问题是，资源分布是不均匀的，锂矿的3/4在澳大利亚、智利、阿根廷。钴矿的2/3是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，我们不能掉以轻心。

大家还要考虑一个问题，不是说我们把这个资源做了电池就消耗掉了。它不是石油，石油是烧了就没有了，材料是可以循环的，并不是消耗完了就不能再做车了，那些资源还在，我们需要循环。我们不会等到资源用光了才去循环，中国已经开始进行电池资源回收了。所以，现在大家很关注电池材料的循环。如果循环利用做得好，支撑发展问题不会很大。

但大家还是会担心，材料循环要耗能、要排放，电池生产也会耗能和排放，可持续发展也是关注的重大问题，也就是电池全生命周期的碳排放是一个问题。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，主要原因在正极材料，包括它的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，碳排放就更低了。

怎么解决碳排放问题？第一，电能清洁化，现在电池产业链要尽可能往西部转移，现在在四川、贵州、云南、青海是非常合适的地方，比如四川的电池产能现在大约在5亿千瓦时，宜宾一个地方就有1.6亿千瓦时，这是全球单个最大的电池基地。总之往西部转移，利用可再生能源和当地资源优势，这是一个根本途径。第二，电池回收利用再生制造。第三，全产业链生产工艺的改进、提升关键环节的能效。

03

动力电池回收利用

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，社会各界也非常的关注。现在满足新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件的有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。干法就是烧，能耗偏大，环保问题还是有的；湿法就是生产效率偏低一点，设备比较复杂，也有一些腐蚀性的溶剂；现在最推崇的是进行物理回收、电池修复和材料再生的科技创新，比如英国政府有专门搞电池回收的科技专项，发明了一些新的方法，大功率超声波回收方法等。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，在现有电力结构下，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，2030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。

04

电池材料体系发展趋势

大家还会关注，难道一直用锂电池吗？会不会有别的电池取代现在的锂电池，这就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瓦时之间。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了，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大约20%。这是参考国外资料加上我们的理解做了一些改进做出的长周期粗略预测，以便让大家对电池的可持续发展充满信心。

05

电池全链条智能化

上面说到材料要回收，同时还要开发新的材料体系，还有就是现有材料怎么挖掘性能潜力。

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的。这是因为我们现在的材料合成与电池设计还主要采用“试错法”。通过智能化手段可以使我们的设计进一步优化，比如材料基因组。基于人工智能的材料筛选和设计，我们可以利用仿真设计，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。这也是欧盟的2030年电池计划的核心思想。就是通过智能设计，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。

科技的潜力是非常大的，动力电池的可持续发展是有保障的。