报告：电芯结构创新与电池系统平台化是我国动力电池行业的优势
转自：中国经营报车视界
2024年9月1日，由四川省人民政府主办、欧阳明高院士工作站承办的2024世界动力电池大会——全球先进电池前瞻技术专题会议在四川省宜宾市召开。
此次会议上，欧阳明高院士工作站发布了3份产业研究报告，全面透视了前沿技术创新、关键资源供应链流转、碳足迹与资源循环现状及趋势，为全产业链高质量发展提供了有关前瞻技术趋势、关键资源保障措施、减碳路径与可行方案等方面的行业洞见。
（一）深刻把握动力电池前沿技术趋势，持续创新提升产业核心竞争力
《先进电池前沿技术研究与趋势展望》报告系统性地分析了面向高安全、高能量密度、快充等需求的先进电池前沿技术创新现状趋势及对产业链的影响。
材料体系创新升级是推动电池向高能量密度、高安全性和长循环寿命方向发展的关键驱动因素。正极材料目前以三元材料和磷酸铁锂材料为主，发展方向双轨并行：在高比能、高电压需求的驱使下，正迭代向高镍正极、超高镍正极、富锂锰基正极等方向发展；在高功率、低成本需求的驱使下，正迭代向磷酸锰铁锂正极、镍锰酸锂正极等方向发展。负极材料，高比容量和高比能量是关键，正向硅碳负极、高硅负极、纯硅负极、锂金属负极等方向加速迭代。
针对材料应用，关键在于提升“材料成分-材料结构-材料性能”三维度协同下的高度一致性，产业链各环节主体的核心竞争力主要体现在生产技术与设备的创新、上游原材供应链的稳定、以及前瞻性技术的储备与革新。
电芯结构创新与电池系统平台化是我国动力电池行业的优势。电芯结构创新与电池系统平台化是我国动力电池行业的优势。综合轻量化、安全性、倍率性等条件，寻求电芯结构最优方案，向刀片电池、大圆柱电池和大软包电池等典型结构靠拢，同时加快电芯尺寸的标准化进程。掌握了结构创新技术并具备规模化生产能力的企业脱颖而出，竞争优势显著增强。
电池系统集成技术朝着CTP、CTC、CTV等去模组化方向发展，进一步提升了电池系统能量密度和续航水平。为满足快速补能需求，800V高压平台正逐步成为电池系统的主流。去模组化等系统集成技术应用正在重塑传统的供应链关系。具备去模组技术的汽车制造商和电芯制造企业正在成为上下游的主导。
进一步提升安全性能是电池体系创新和结构变革的重要方向。在电池化学体系层面，通过分子结构设计提升正极材料、负极材料、电解质材料的热稳定性和高电压稳定性是提升电池安全性能的基本保障，在此基础上，新型复合集流体、新型复合隔膜、宽温域电解液是提升电池安全性的核心辅助技术措施。电池系统层面，电芯排布与系统结构优化、阻燃材料与热蔓延抑制设计、热流疏导与灭火系统设计等安全创新技术，是进一步提升电池安全性能的关键保障。
快速充电技术已进入快速迭代的发展阶段。在新能源汽车补能焦虑的压力下，快充产品技术正在向6C快充及800V高压平台技术发展，同时高功率充电基础设施建设正在加速发展，有利于推动快充产品的普及应用。
电池标准化是产业高效发展的必然趋势。在技术和市场的双重驱动下，电池的标准化包括电芯规格、型号、尺寸的标准统一，成为行业面向高效和可持续发展的关键趋势。电池的标准化将在全生命周期凸显战略意义，制造端可以简化产品矩阵、提高生产效率；OEM端有助于集中采购策略与成本效益最大化；回收端有利于提高拆解、再生利用效率、促进绿色循环发展。电池标准化将推动行业逐步从线性经济向循环经济发展，引领行业向更加高质量和可持续的方向迈进。
以全固态电池为代表的下一代动力电池技术创新成为产业竞争的制高点。全固态电池被认为是能够根本解决高比能、高安全及宽温域等问题的最具潜力的下一代动力电池技术，目前主要包括硫化物、氧化物、聚合物和卤化物技术路线，各方向仍围绕固体电解质和电池材料间导电困难、成本高、快充性能和电池寿命不足等共性问题开展技术攻关。全固态电池技术具有颠覆性特征，其产业化发展将驱动产业链各环节的发展迭代。材料体系替代上，传统电解液与隔膜被固态电解质（膜）替代，正负极材料革新，新型粘结剂材料出现。生产工艺上，一半左右的设备将不再适用，需要全新设备与封装技术。应用领域拓宽，高能安全的全固态电池赋能更多样化的应用场景，很可能率先在人形机器人、无人机、消费电子等实现应用。
智能电池是极具发展潜力的适应电池高端化发展的未来技术方向。智能电池集成有智能传感器、微处理器及自响应功能材料，可分为感知型智能电池、动态响应型智能电池与自主决策型智能电池三代发展体系，未来可实现更安全、更高效、更智能的电池能量管理与利用。智能电池技术正处于研发初期阶段，将推动动力电池产业链上下游的协同创新，包括材料科学、传感器技术、大数据分析、人工智能等领域的融合，促进整个动力电池产业的技术升级和竞争力提升。智能电池将先应用到对价格敏感度较低的领域，如医疗设备、军工、航空航天、不间断电源等领域
报告全面系统地研究了动力电池前沿技术创新趋势，并对产业发展即将产生的影响进行了分析，为产业界各方主体进行战略方向布局、研发培育等工作提供重要参考。
（二）全面透视关键资源物质流转与供需态势，助力供应链安全稳定发展
《动力电池关键资源与供应链分析》报告围绕上游锂、钴、镍关键基础资源，从资源分布、生产、贸易和回收等关键环节，全流程视角深入分析供应链情况。
全球锂资源开采量持续大幅提升，短期呈现供大于求，未来还将产生供需周期性变化，为保障供应安全，电池产业向上进行一体化布局。由于上一轮锂资源供需错配，目前以阿根廷、中国盐湖为主的新增产能加速投产释放，但下游需求却并未以同样速度增长，导致供需结构已经发生转变，锂价持续走低。新一轮供需周期性的变化，将会对资源供给格局产生影响，电池企业通过自建、参股、合资、收购等多种方式参与电池上游关键矿产资源建设与运营。从国内来看，锂资源生产所需锂矿仍以进口为主。为保障供应链安全，除提升国内矿产资源的开采外，加快再生锂投入也将成为我国重要的锂资源供给方式。此外，在此前锂价上涨压力下，主要电池企业布局钠离子电池技术，用以平衡锂资源供给价格波动，但受限于钠电原材料成本、生产制造规模化能力以及性能提升空间的制约，短期来看，锂价持续走低，钠电池的降本速度远不及锂电池的降本速度。
全球镍矿开采量持续增长，镍资源供应大于需求，但潜在应用场景不断拓展有望推动镍价复苏。储量最丰富的印度尼西亚镍矿开采量占全球一半，已从单一镍矿出口国转型成为主要的镍产品出口国，国内镍产业扩张，均需提供足够的镍资源供给。随着超高镍的三元材料需求增加，低空经济发展对于镍基材料的需求以及固态电池的发展，未来几年，镍资源的需求将持续提升，阶段性的供需变化将推动镍价复苏。
全球钴资源产业格局逐渐形成，供需缺口趋向稳定，未来短期钴资源需求稳中有升。钴资源丰富的刚果（金）在全球钴资源开采中占据主导地位，随着高压酸浸技术成熟及红土型镍钴矿开采规模扩大，具备红土型镍钴矿禀赋的印度尼西亚也发展成为全球第二大钴资源生产国。我国是全球第一大钴资源消费国，但是钴资源禀赋不足，存在矿床规模小、品位低、分离难度高等突出问题，钴资源严重依赖从刚果（金）大量进口，对我国构成稀缺战略金属资源的保供风险。在钴产业链上我国是最大的精炼钴生产国和钴加工产品出口国，目前钴行业逐渐形成了“刚果（金）钴资源-中国钴冶炼”的产业格局。虽然高镍低估正极是电池材料发展趋势，但是钴元素在提升材料稳定性和安全性方面是不可或缺的，除了锂电池应用需求外，硬质合金产业的快速发展也将进一步拉动钴资源需求的增长。
“关键金属矿产能否支撑未来能源低碳转型”被国际能源署定位为全球重大挑战；以美国、欧盟、日本为代表的主要发达经济体相继出台关键矿产的防御性策略，以确保稀土、锂、钴等关键矿产供应链安全。我国发展动力电池产业，锂、钴等资源供应链的战略布局尤为重要。“立足国内、利用境外”是当前保障我国资源安全的基础战略。报告提出应加强国内资源开发、深化国际合作、完善回收体系、建立储备制度和推动产业一体化等策略建议，以确保关键资源供应链的稳定性和安全性。
（三）研判碳足迹与绿色循环政策与技术趋势，提供低碳转型参考指南
《动力电池碳足迹及绿色循环》研究报告由欧阳明高院士工作站联合苏州博萃循环科技有限公司共同完成。深度分析了欧盟新电池法内容、管理架构与工作机制、下一步动向，以及减碳实践与路径。核心观点包括：
动力电池的生产、使用、回收利用过程中资源的最大化利用和环境足迹的最小化影响，成为新法规驱动下动力电池行业发展关键趋势。电池产业成熟化发展下，全球对于电池可持续发展尤为关注，欧盟采取一系列政策和立法措施促进气候碳中和转型，其中《欧洲绿色协议》及其框架下的《循环经济计划》为《新电池法》提供了基础和方向，欧盟《新电池法》生效代表着电池行业从传统线性经济模式转变为循环经济模式，电池的生产、使用和回收再利用过程中资源的最大化利用和环境影响的最小化成为行业发展的方向。
此外，《关键原材料法案》等法规也在不同程度上体现了基于全生命周期理论下对于动力电池等战略新兴产业的可持续发展要求。以新电池法为首的相关法案将波及影响全球动力电池产业发展：一方面，该法规将电池护照、电池碳足迹、废旧电池管理等规范化与统一化监管要求，覆盖至电池全产业链上下游企业，对动力电池碳足迹监管与可持续发展提出高要求；另一方面，新电池法二级法案目前仅《电动汽车电池碳足迹计算规则》草案出台，对于电池护照、碳足迹分级管理等详细规范与实施细节也待持续关注。
报告指出，产业链各环节企业通过低碳产品工艺创新、低能耗设备优化、绿色能源升级、数智化技术渗透、物料与能源回收等技术性措施，全方位促进动力电池上下游供应链协同降碳。除绿色能源应用外，通过对退役电池及生产废料开展高效精准的“闭环回收”，将其加工成电池级再生材料重新投入到新电池生产制造，是助力电池全生命周期减碳的关键途径。报告中通过对回收利用各项技术性减碳措施开展技术优势与技术成熟度、减碳路径与减碳潜力的系统性评估，无损检测技术、智能精细拆解技术、高值再生技术在提高资源利用率、降低能源消耗和环境影响方面展现出巨大潜力。
同时，电池回收的减碳效果极度依赖其工艺技术和循环路径，基于材料修复再生技术的直接回收工艺具有最大的碳减排效力。通过开展LCA生命周期评价，新电池制造使用直接回收工艺的再生电池材料可以有效减碳约51.8%。
该报告着眼于国内外动力电池行业碳足迹及绿色循环政策，聚焦电池全产业链企业降碳与低碳循环措施，剖析电池回收利用等环节代表性绿色低碳创新技术实践，旨在研判动力电池碳足迹与绿色循环政策态势、低碳技术创新趋势、及企业全方位降碳措施进展，为全产业链企业强化低碳转型提供参考支撑。
三份研究报告的发布，汇集了多方智慧与努力，得到了工信部赛迪研究院党委书记、副院长刘文强、清华大学研究员车辆与运载学院卢兰光、清华大学碳中和研究院零碳交通研究中心主任王贺武、中电科第十八研究所电池首席专家肖成伟等专家学者的指导与建议。苏州博萃循环科技有限公司，其在动力电池碳足迹管理、电池回收与循环利用领域的深厚积累为《动力电池碳足迹及绿色循环》报告提供了关键的技术支持和研究内容。报告研究过程中还得到了宁德时代、弗迪电池、天齐锂业、华友钴业、麦肯锡等企业和机构的支持。