中科院黃學杰：磷酸鐵鋰電池產業激烈競爭下的升級方向

　　2023年9月27日，中科院物理研究所研究員黃學杰受邀在2023年“泰山鋰谷”人才創新發展大會暨“綠色低碳·儲能未來”產業賦能交流會儲能專場上發表了主題為《材料技術創新推動鋰離子儲能電池升級》的講話。該會議由山東省科學技術廳、山東省工業和信息化廳、山東省人力資源和社會保障廳、中共泰安市委、泰安市人民政府主辦，儲能專場由中關村儲能產業技術聯盟承辦。

　　鋰離子電池產業現狀

　　鋰離子電池支撐電動汽車產業高速發展

　　隨著新能源產業的快速發展，我國電動汽車產量很快會逼近每年千萬輛的大關。2025年預期鋰離子電池市場會到2萬億元，其中也包括儲能電池。目前電動汽車里面最主要的是二代電池，包括三元電池和鐵鋰電池，一個是為了滿足長程電動汽車需求，一個是為了滿足更廣泛的電動汽車需求，鐵鋰占接近7成的比例。

　　新型電力儲能快速增長，鋰離子電池占比 94.4%

　　在儲能這塊，可以看到鐵鋰電池比例就更高了。在過去的一段時間，新型儲能快速發展，電化學儲能是主要的，根據中關村儲能產業技術聯盟統計，磷酸鐵鋰電池是主要的儲能電池，占94.4%。今天，全球約70%的鋰離子電池是在中國生產，有些材料幾乎是100%在中國生產的，包括磷酸鐵鋰材料。

　　磷酸鐵鋰電池是最主流的動力和儲能電池

　　磷酸鐵鋰電池是主要的動力電池，占比約為70%，也是最主要的儲能電池。在過去的10年，性能提高了差不多一倍，就是它的能量密度提高了一倍，但是成本變成原來的1/4。今天鋰離子電池單體成本已經到了每瓦時5毛錢，售價今年也到了5毛，因為我們的產能建得比較快，所以卷得比較兇，掙錢不易。雖然去年碳酸鋰價格暴漲引起一時的電池價格波動，但是大趨勢是不變的，目前回到了5毛錢的區間較為正常。

　　如何應對企業盈利難?

　　三元鋰離子電池成本構成

　　根據財通電新7月底的分析數據，對于三元電池，正極材料非常貴，有鎳、鈷等，占電池成本的57.3%，看起來基本都是給正極材料打工的。正極材料里面鋰是主要成本，碳酸鋰漲價，大家就給鋰礦打工了。對于磷酸鐵鋰電池相對會好一些，正極材料也約占40%成本，總成本要低一些，因此鐵鋰電池能夠大規模應用，它比三元電池有更長的壽命、更好的安全性、更低的成本。

　　中國磷酸鐵鋰電池產業全球領先

　　1. 在中國動力電池發展初級階段避免了出現社會不能承受的大量安全事故。

　　2. 原材料不依賴于鈷等稀有金屬避開了資源供應的限制。

　　3. 成本較低使得電動汽車推廣代價稍低一些。

　　4. 儲能電池絕大部分選用磷酸鐵鋰電池。

　　5. 全球99%以上的磷酸鐵鋰材料和電池由中國企業生產。

　　磷酸鐵鋰電池產業競爭激烈下的升級方向

　　儲能電池循環次數需提升到10000次以上

　　十幾年前磷酸鐵鋰電池循環次數即可做到6000次，今天這個壽命并沒有增加，但是成本是大幅度下降了，因為在車用這塊兒更多是降成本，但是對電力儲能，萬次壽命是必需的。

　　怎么樣解決這個萬次循環的問題?就需要發展一個新的材料，叫做加鋰材料，也叫補鋰材料。

　　為什么要補鋰?鋰離子電池是靠鋰離子在正極和負極之間來回輸運來儲藏電能的。鋰離子電池的正負極如同兩個水桶，鋰離子如同是水，充電時，鋰離子從正極向負極移動，正如正極水桶中的水灌入負極水桶中，一些水不可避免的撒到外面!造成活性鋰離子的損失和電量下降。加鋰技術是在電池內部引入額外的鋰源，在負極鋰缺失時快速的進行補充，保持電池的滿電量循環。

　　怎么補鋰?兩個辦法：一個補到正極，另一個補到負極，簡單理解把這百分之十幾的鋰補進去，進而達到1萬次的水平。在負極里面補鋰，要用活性很高的鋰源，在實驗室里面做可以，量產就碰到了安全的問題。正極里面補鋰，運用硅酸鋰等穩定的鋰源，鋰在電池早期循環階段就釋放出來，明顯提升了電池的循環性能，還因為二氧化硅等副產物發揮的作用，使得電池倍率性能也得到提高。

　　車用儲能和戶儲需要更低價格

　　電力儲能要超長的壽命，車用儲能和戶儲不要超長壽命，而是要更低的價格。怎么降低價格?磷酸鐵鋰電池已經不賺錢了，怎么降價格?

　　這里面引入一個新材料——鎳錳酸鋰，電壓提升了40%還要多，這種提升首先帶來能量密度的提升，加上材料本身密度高，電池能量密度提升了50%，它還省鋰，成本更優。

　　發展鎳錳酸鋰電池是平衡資源供應的重大戰略

　　現在為什么碳酸鋰掉到十幾萬，還在往下掉?因為現在大量的投資從前兩年被投到開采行業，投到冶煉行業，所以開始進入到過剩周期，但是全球都在發展電動車，都在推進儲能。

　　如果沒有別的辦法，預測到2027年又會進入到短缺周期，這個短缺可能會非常可怕，這會導致更大的缺口。為什么國家在戰略性角度來講，支持鈉離子電池的研發，就怕到時候供應短缺加上國際上供應鏈干擾，會導致我們鋰供應出問題。

　　鎳錳酸鋰和今天的磷酸鐵鋰比，每度電的電池少用30%的碳酸鋰，跟三元比少用40%，這對于缺口的解決很重要，所以說這件事也變得很緊迫起來。但是把電壓提高，比把水電站水壩的高度提高還要困難得多，因為它帶來的是界面上的不穩定，好處有很多，但是最大缺點就是這么高的電壓，造成材料不穩定了，原子受不了了，這個問題怎么解決?

　　鎳錳酸鋰電池發展趨勢

　　先解決材料問題，材料到了5000次以后，接著解決材料變極片的技術，一步一步調整，今天我們能夠做到3000次以上的壽命，再努力一把，做出4000、5000次的，以后我們就能更好的利用它。

　　安全怎么樣?為了解決高壓問題，做了幾重加固，這種加固有利于安全性提升。

　　這件事情做出來以后，它并不是作為某個電池企業的獨門技術，就跟加鋰技術一樣，完全開放給行業。希望在2027年我們鋰短缺到來之前，我們能夠解決這個問題。所以時間已經非常緊迫了，必須要全行業一起來努力，盡可能通過技術的研發，通過新技術在全行業的推廣，大幅度提升性能，降低成本，服務于行業的可持續發展。

　　來源：中關村儲能產業技術聯盟