发展新能源汽车是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路，车用动力电池技术是制约电动汽车产业化进程的瓶颈技术，随着电动汽车产业化进程逐步深入，各国及重点企业均加大力度发展动力电池产业，并将其作为新能源汽车的核心竞争点。

　　车用动力电池的能量密度、安全性、环境适应性、寿命及可靠性提升与成本下降是产业技术发展方向，基于新材料和结构的高性能动力电池技术已经成为各国竞争焦点。在美国、日本、欧盟、德国、韩国等国家科技规划以及重点企业战略规划中，重点关注高性能电池材料、高性能锂离子动力电池、高性能电池包、电池管理系统、热管理技术、电池标准体系、下一代锂离子动力电池、锂金属电池、电池梯级利用及回收技术、电池生产制造技术及装备等。

　　我国从“十五”开始，车用动力电池技术取得明显进步，当前能量型锂离子动力电池单体能量密度达到160～180Wh/kg，功率型新型锂离子电池功率密度达到3000W/kg。但动力生产企业总体实力不强，产业链条不完整，需要研究机构、电池生产企业与整车企业共同努力，突破关键技术环节，特别是电极材料、隔膜、电解质、电池自动化生产关键设备方面的核心技术，使我国的动力电池产业在2020年的技术水平居于国际先进地位，产业规模达到世界的30%，真正实现三分天下有其一的局面。

　　锂离子动力电池材料技术发展情况

　　正极材料

　　材料技术是电池技术进步的基础。目前可用于动力电池的正极材料包括改性锰酸锂、磷酸铁锂、高压锂镍锰尖晶石和三元材料（含富锂锰基层状材料）。其中改性锰酸锂材料具有成本低、安全性高的特点，但比容量和寿命偏低，一般用于制造低成本轻型电动车电池，也可和三元材料混合用于制造电动汽车电池。磷酸铁锂材料具有成本适中、安全性很高、寿命很长的特点，但电压较低，制造的电池比能量偏低，适用于电动客车、专用车、混合动力汽车和储能应用。三元正极材料具有比能量高、成本适中的特点，但安全性能偏低，一般将其与适量锰酸锂混合，制造能量密度较高的轿车用动力电池。上述三种材料产业化技术已趋于成熟，在电动自行车和电动汽车领域已广泛应用。第三代正极材料——高压锂镍锰尖晶石和富锂锰基层状材料等可将电池能量密度提升至250Wh/Kg和降低成本，目前尚未产业化。

　　负极材料

　　可用于动力电池的负极材料有石墨、硬/软碳、以及合金负极材料，石墨材料是目前广泛应用的锂离子电池负极材料，特点是性能稳定、成本低、循环寿命长，不足之处是对于高功率电池应用时，大电流充电接受能力较弱。硬碳和软碳负极材料的大电流充电接受能力较高、循环寿命也比石墨负极更长，但实用比容量较低，适用于制造高功率型电池，钛酸锂是接受大电流快速充电能力、安全性和寿命最优的负极材料，缺点是制成电池的电压低和比能量低，单位瓦时成本成倍增加，适用于制造需要快速充电和超长寿命的电池，如一些城市正在推广的双源制在线充电的电动公交车。硅碳复合材料等高容量合金负极材料被认为是第三代锂离子电池负极材料，比容量可比石墨材料高一倍以上，但体积膨胀和实际电池适用时的循环寿命问题还需要解决。

　　现阶段国内改性锰酸锂、磷酸铁锂、三元正极材料和石墨负极材料产业化技术已经趋于成熟。2020年之前可能实现产业化的正极材料还有高压锂镍锰尖晶石和富锂锰基层状材料，负极材料中可能取得突破的是比容量可达600mAh/g的硅基复合负极材料。高压锂镍锰尖晶石或三元材料正极与硅碳复合负极配对生产的电池的比能量可达到250Wh/Kg，采用富锂正极的低功率能量型电池的比能量有可能达到300Wh/Kg，电池成本进一步下降。

　　锂离子动力电池设计和制造技术发展情况

　　车用动力电池属于高端制造业，国外动力电池工艺装备水平在制浆技术及装备、涂布技术、组装生产线、制造过程在线检测技术等单项技术方面，在单元自动化、流程自动化、集成一体化、非接触生产方面，在制造控制及管理信息化等方面均明显领先。

　　国内动力电池生产装备研制在2000年启动，早期中国科学院物理研究所及中国电子科技集团公司第十八研究所从国外引进的中试线关键设备，七星华创、中国科学院理化技术研究所等单位开始极片制造设备如涂布机、合浆机的仿制，满足了低端手机电池生产的需求，后随着日本平野、东丽等公司高速极片涂布机的引进，国内企业开始研制精密涂布设备，通过与国外部件企业联合，多家企业已开发出达到国际先进水平的涂布设备，但涂布模头、控制泵等关键部件尚依赖于进口。

　　大型电池装配自动化设备的研发始于2001年，中国科学院沈阳新松机器人技术有限公司研制的Z型叠片机，2005年苏州星恒自主开发出包膜叠片工艺并研制出自动包膜和叠片设备。在小型圆柱电池实现国产化的基础上，国内企业也研制出大电池自动卷绕机，在卷绕变形控制，卷绕式叠片，无偏差组装等某些单项技术方面具备了较高的水准。但由于国内工业基础薄弱，在制造工艺、设备可靠性及效率方面与国外产品比，有明显差距，尚无一条国产全自动生产线。

　　当前我国锂离子电池技术发展存在的问题

　　我国电池产业发展的特点是企业多而分散，多数属于低水平重复建设，缺乏核心技术，生产工艺水平较低，低端产能过剩，高质量电池缺乏。大量的低质量电池进入市场，未来几年对新能源汽车产业发展的副作用将逐步显现。存在的问题可归纳为：

　　自主创新能力弱

　　基础和支撑技术研发单位较少，没有形成完整的产业链分工协作，科研投入分散，缺乏基础产业共性技术的研发队伍，技术基础薄弱；缺乏新技术、新材料研究和推广的平台，国际先进技术、信息、数据跟踪滞后；缺乏共享信息平台及电池与相关产业发展战略研究的平台。

　　高端电池材料不能自足

　　低端材料产能过剩，高端材料依赖于进口，材料品质不稳定，这些年我们研究工作侧重点放在了提高材料性能的研究上，而对于材料的生产工艺研究和性能的稳定提升方面投入不足。

　　电池生产和检测装备落后

　　缺乏电池生产和检测装备研发基地和生产基地，一些企业生产辅助单机不成规模和体系，没有整线开发，缺乏统一规划，自动化水平低，无在线监测控制功能，自动生产线和精密检测设备基本依赖于进口，导致骨干电池企业也只能依赖重复引进国外设备，大部分企业设备落后，造成产品生产效率低下，质量档次不高，由于缺乏在线监测质量控制，电池一致性差，质量和成本缺少竞争优势。

　　电池系统设计能力弱

　　国内目前开发的多数动力电池系统功能相对比较简单，虽具有基本的检测监控功能，但在数据采集的可靠性、SOE（剩余能量）的估算精度、热管理、均衡、安全管理等方面与国外存在明显差距。电池组的连接、散热、保护、使用、维护、充电等方面技术还处在摸索中。

　　对策及建议

　　新能源汽车发展到当前阶段，应加强顶层设计，尤其是动力电池系统应结合整车产品进行重新设计，制定产业技术路线图，根据未来车用动力电池的需求进行设计制造模式的升级，在动力电池基础材料和规模生产上同时下功夫，提高产品质量，降低规模化生产成本，提升产业竞争力。

　　锂离子动力电池产业化技术是支撑我国新能源汽车产业发展的战略性、基础性高技术，需要国家相关管理部门、研究机构和企业的共同参与，共同推进其发展。

　　一是加快国家层面锂离子电池技术发展战略路线图的制定，需制定我国锂离子动力电池技术路线图、产品路线图和产业路线图。

　　二是引导关键技术研发。针对锂离子动力电池技术发展的各环节，提炼关键科学与工程问题，明确集中攻关方向，梳理国内优势技术团队，组织攻关。

　　三是加强平台建设，为企业的发展提供支撑。建立全国性的锂离子动力电池测试、分析、评价网络，建立锂离子动力电池工艺和装备技术公共服务平台，鼓励共性技术联合攻关和知识产权共享，鼓励国家大科学工程和开发研究单位和高校的大型仪器为锂离子动力电池的材料和电池技术创新服务。

　　作者单位：中国科学院物理研究所