【锂电大讲堂实录】干货_新能源汽车动力电池发展面临的问题与对策

2018年1月26日晚8:00-9:00，锂电大数据【锂电大讲堂】邀请到了材料学博士、江西理工大学教授、博士生导师、美国德州大学奥斯汀校区“世界锂电之父”J. B. Goodenough教授课题组高级访问学者——钟盛文老师，就“新能源汽车动力电池发展面临的问题与对策”做了精彩分享。

非常感谢钟老师对【锂电大讲堂】的大力支持。

视频时长40分钟，请在WiFi下观看，土豪随意。

下面是本次课堂的内容汇总：

钟盛文：各位朋友，群里的朋友大家好！受起点研究（锂电大数据）的邀请，下面跟大家分享一下，新能源汽车及动力电池目前面临的问题与分析对策。

我的讲座分四个方面：

1、谈一下新能源汽车及动力电池的产业资源状况，我们的资源够不够？

2、动力电池及其材料性能，能不能与燃油汽车的性能相比？

3、跟大家谈一下我国动力电池及其材料技术水平存在哪些问题？怎么解决？

4、谈一下新能源汽车的价格、使用成本跟传统燃油车相比，有没有优势？

一、新能源汽车及动力电池产业资源分析

第一个谈一下资源分析。大家知道，新能源汽车跟第一次和第二次工业革命一样，都是一次大变革。大变革需要有足够的资源来支撑其发展。发生在18世纪到19世纪的第一次工业革命，主要标志是蒸汽机的发明，大机器代替手工劳动。蒸汽机及机器所需要的能源和资源，主要是煤与铁，因为煤与铁都非常充裕，所以产业变革就能发展起来。

第二次工业革命我们叫电气时代。主要是以电器和汽车的广泛应用，以及煤气与汽油来衡量的内燃机，也是以钢铁、煤与石油来支撑。因为钢铁、煤与石油的资源也非常充裕，所以第二次工业革命也是非常成功的。

我们这次工业革命，有人叫第三次工业革命，也有人称之为第四次工业革命。这次的工业革命，主要是以智能制造、互联网、新能源技术、生物制药、大脑科技为标志的高端技术的发展，这次产业变革与发展，与第一次、第二次工业革命相比，技术程度更高。

新能源汽车作为第三次工业革命或者说第四次工业革命的一个产业结构的新的走向，也需要大量的资源支持。我国在10.5期间，提出将发展氢燃料电池来作为新能源汽车的资源，但是，用氢燃料电池需要用铂元素作催化剂，由于铂资源的不足，所以到目前为止氢燃料电池未能取得长足的发展。

我国在11.5期间，提出发展镍氢电池来作为新能源汽车的支撑，也没有贯彻到底，主要是镍氢电池跟锂离子电池相比，无论是能量密度、电池成本等都不能跟锂离子电池相媲美。

最近几年以来，锂电池的原材料价格在大幅上涨，比如锂的价格目前涨到了3倍以上，另外，钴资源的价格也在猛涨。原材料价格上涨，给大家带来了不安，我们上游的矿产资源够不够？新能源汽车能否健康发展？带着这个问题，我梳理了一下新能源汽车产业的资源状况。

汽车所需要的是车身与底盘，主要是轻质合金（铝、镁）、钢铁、塑料、橡胶等。电池材料的组成最要主是正极：包括Li、Mn、P、Ni、Co资源；负极：石墨（C）、Si资源；其他方面比如集流片、电解液、导电剂等。相比正极与负极，其它材料的需求要小得多。

首先看一下铝资源在整个新能源汽车产业里够不够。世界铝土矿资源量为550亿-750亿吨。地球人口目前有70多亿，世界铝土矿已探明储量约为280亿吨，按世界人口来看，人均有4吨多的规模。从这方面讲，铝的资源是足够的，可以支撑新能源汽车轻量化的要求。 

我国有铝土矿8.3亿吨，人均也有500-600公斤的规模，可以支撑新能源汽车轻量化的要求。

锂资源方面，是我们最关心的。世界已查明的锂资源量约为4700 万吨，可采储量（氧化锂）约1400万吨。其中玻利维亚900万吨，智利>750万吨，阿根廷>650万吨，美国550万吨，中国540万吨（世界排名前五），澳大利亚170万吨，加拿大、刚果（金）、俄罗斯、塞尔维亚和巴西也拥有丰富的锂资源。

世界上能被工业利用的主要为盐湖型（锂离子）和岩矿型（锂辉石、锂云母）。盐湖卤水型锂矿资源储量约占全球总储量的80%。岩矿型锂资源占约20%。

锂资源足够多，但全球的锂资源分布不均。南美洲的智利、阿根廷、玻利维亚又称“锂三角”（盐湖型），由于受盐湖开采条件限制，不能同时大量开采卤水锂资源。因此目前开采应用最多的是澳大利泰利森固体锂辉石矿。

中国锂资源较丰富。盐湖卤水型锂矿主要分布在青藏高原。最具代表性的为规模世界第二大、亚洲第一大的西藏扎布耶碳酸盐型富锂湖，以及青海柴达木盆地的东台吉乃尔、西台吉乃尔等为代表的硫酸盐型富锂盐湖。

下面我们讨论一下电池材料所需的资源量问题。假如全球电动小汽车占有量是40%，以目前全球汽车产量1亿辆计算，新能源汽车的需求量是4000万辆，考虑到电池使用寿命是五年然后再回收，那么维持全球新能源车动力电池的资源量按2亿辆来计算。以每辆装载60度电、续驶里程约400公里的新能源汽车为例，2亿辆新能源汽车所需要的氧化锂400万吨，但我们有1400万吨的氧化锂储量，从这个角度看，锂是足够的。

如果以锰酸锂作为动力电池正极材料，需要的资源是锰资源。锰资源方面，全球锰资源储量约为5.7亿吨，我国的锰资源在全球中排名第六位，有0.44亿吨。

以一辆车装载60度电、续驶里程约400公里的汽车锰酸锂动力电池为例，需要正极材料约为162公斤，包括碳酸锂约35公斤（或氧化锂14公斤）、金属锰100公斤。

从上表可看到，2亿辆每辆装载60度电、续驶里程约400公里的新能源汽车，锰酸锂电池只需要0.2亿吨的锰金属。但我们全球有5.7亿吨的锰，所以锰资源是足够的。

磷资源方面，据美国地质调査局的数据，2014年世界磷酸盐岩储量为670亿吨，以年产量2亿吨计算，储采比超过330年，储采比相对充裕。

中国作为产磷大国，2014年磷矿产量达到1.2 亿吨，占全球产量的45%。

如果用磷酸铁锂作为动力电池正极材料，  以一辆储存60度电的汽车动力电池为例，需要LiFePO4正极材料约为133公斤，包括碳酸锂约32公斤（或氧化锂13公斤）、金属铁47公斤，P2O5 60Kg。2亿辆小汽车需要的磷（P2O5）的量是1.2亿吨，其需求量只占670亿吨的磷矿储量是很少的一部分。

我们再看看钴镍资源的情况。2015年全球镍矿可采储量为7900万吨。还是以生产2亿辆每辆装载60度电、续驶里程约400公里的新能源汽车为例，2亿辆新能源汽车所需要的镍资源约800万吨，但全球有7900万吨，所以也完全足够。钴资源方面，2015年世界钴储量710万吨。

高镍电池的资源量情况。高镍电池因其能量密度高，是今后新能源汽车的发展方向。生产2亿辆每辆装载60度电、续驶里程约400公里的新能源汽车，每辆需要15公斤的钴，总量需要300万吨，而钴的资源量为710万吨。从这个角度看，钴资源比较紧张。所以只能走含钴比较低的电池材料技术路线，并且需要加大力度进行回收。这样一来，可以充分发挥锂、镍等资源足够的优势，弥补钴资源的不足。

从负极材料来说，形势是比较乐观的。据USGS资料显示，2013年全球石墨总储量约1.3亿吨矿物量。巴西、中国、印度和墨西哥的石墨储量合计占全球总储量的92.77%。中国石墨基础储量约占世界的33%，仅次于巴西（约占世界的38%）。

生产新能源汽车动力电池所需要的石墨用量，在几百万吨的量级规模，所以地球的石墨资源是足够的。

硅（Si）是地球上含量很丰富的元素，在表层占第二位（25.8%）,仅次于占第一位（49.5%）氧（0）元素。所以从资源的角度看，对硅资源来说，更不用担心，这是没什么问题的。

从整个资源来看，最担心的是钴资源。从新能源汽车的发展来讲，还是可以满足，但需要对钴资源进行保护，尤其是要重视回收利用。只有这样新能源汽车才能得到健康发展。

第二方面，我们探讨动力电池与材料的性能。也就是说，电池材料的性能能否满足、能否匹配新能源汽车的发展。大家知道，燃油车加油一次跑500-600公里是没有问题的。作为新能源汽车动力电池来讲，它有什么优缺点呢？

舒适性方面，目前新能源汽车还处于劣势。燃油车自从1886年发明以来，至现在经历了一百多年的发展，因些燃油车的舒适度目前比新能源汽车更有优势，而新能源车的辅助实施也吸取了传统燃油车的优点。

从配套来看，目前的充电桩的建设还不够完善，新能源汽车充电不方便。充电桩的安装，需要电流比较高，对安装的要求也高。这是第一个不方便。

第二个不方便在于新能源汽车的动力还不太够，最大的问题主要是续航里程比较低。所以虽然2017年新能源汽车的销售有70多万辆，但与传统燃油车相比较，差距还是比较大。

新能源汽车虽然有很多不足，但目前不断与传统燃油车缩小差距。比如，2008年的奥运会，用的是锰酸锂电池，续航里程小于200公里；世博会时，用的是磷酸铁锂电池，续航里程只达到200公里；到目前为止，我们使用三元材料做电池，好的汽车可以达到400公里的续航里程。今后，如果我们用811、用富锂锰做材料的话，续航里程有望达到500公里，如果用固态电池，那么续航里程有望达到600公里。

新能源汽车后面走的路，会比传统燃油车的效果会更好，从续航里程方面可以匹配，从静音、节能环保方面则会比燃油车好很多。

能量密度：汽油能量密度大约是12-17MJ/kg，锂离子电池是0.46-0.72MJ/kg。汽油的能量密度是电池的能量密度20-30倍。而汽油机的效率通常在30%-70%，电池的效率可以达到90%左右，即从使用效率比较，汽油的有效能量密度是电池的6-7倍。

从安全性来讲，汽油的能量密度更高，是电池的20-30倍，大家对他的安全性没有问题，那么，电池的安全性也没有问题。从发展来看，电池的安全性应该说比汽油更好，是可以控制的。

电池的安全性的主要问题出在电解液的有机溶剂。大部分出现电池的燃烧，主要电解液易着火，包括：

（1）充电器失灵，产生过充，造成电池起火。

（2）电池内阻大，过热。（3）电池内部短路，电池受碰撞、刺穿等引起。

解决措施有：

（1）使用不燃的离子液体作电解液；

（2）使用陶瓷隔膜不起火；（3）使用全固态电池等技术手段。

从三元材料、磷酸铁锂电池看，我们与日韩之间没有多大差距。主要的差距是在高端电池制造及电池材料的生产技术水平上，表现在：

（1）高比容量镍基正极材料产业化起步较晚；

（2）高比容量Si-C（SiO-C）负极材料起步较晚；

（3）电池质量一致性控制有一些差距。是由于设备自动化和设备的精准度方面有差距，导致电池一致性方面不足。

但是，3-5年内，我们有望达到世界一流水平。我国电池生产目前进步很快，产能上以压倒性优势达到世界第一。目前成为锂离子电池生产大国，电池生产已经形成了自己的体系。无论正极材料（金和、当升、贝特瑞等）、还是负极、隔膜、电解液等全部实现了国产化。设备制造也实现了国产化。也就是说，整个新能源产业链我们都将实现国产化，研发力量也在加强。

我国的动力电池厂商的出路只有两条：

（1）通过技术水平的提升，击败其他竞争对手；

（2）占领国际市场，但是这同样会面临来自日本、韩国电池厂家激烈的竞争，所以无论如何，提升技术水平是动力电池厂商的唯一选择。

新能源汽车在发展，要比燃油车更有优势，必须大幅降低电池成本，由原来的2元/1Wh降到1元/1Wh。即新能源汽车不仅要让消费者买得起，还要用的起。

电池由2元/1Wh降到1元/1Wh，从技术方面来说是没有问题的。如果原材料价格保持在前几年水平，目前电池的价格应该说已经可以与燃油车进行竞争了。

但是电池原料成本暴涨，国家补贴慢慢取消，对电池企业增加了无形压力。

从使用过程看，电动汽车在使用过程中比燃油汽车更便宜，更有优势。例如，电动车用电费用是0.15度电/公里，相当于0.15元/公里；考虑到使用谷电，成本更低。燃油车的油耗是8-9升/100公里，相当于0.6元/公里。

（1） 新能源汽车及动力电池的兴起，在资源上基本会有保障。但钴资源较为紧缺，可以通过废旧电池的回收利用及使用低钴正极材料加于来缓解资源的不足。

（2）高镍正极材料及高压正极材料，如富锂锰基材料和高压三元可以把电动车与传统燃油车的续驶里程差距进一步缩小，是今后的主要发展方向。

（3）我国在高能电池及材料产业化的技术水平与日韩相比有一定差距。但我国新能源汽车产业链发展势头良好，体系建立健全，在今后几年内有希望迎头赶上。

（4）如果不考虑电池原料市场的波动，只考虑加工成本的话，新能源汽车的购买成本与传统汽车具有价格竞争力，有望达到1元/Wh。在使用上，新能源汽车使用成本是燃油车的1/3，成本优势明显。

问答环节：

问：请问钟老师对21700电池怎么看？

钟盛文：21700电池比18650电池容量更大，更方便！

问：现在大家对电池的安全性仍不放心，电池企业在隔膜与电解液方面进行了哪些提高安全性的措施？

钟盛文：现在用的离子电解液，它也是耐高压，所以它的安全性也比有机溶剂的电解液要好。随着隔膜和电解液的安全性好了，21700的安全性也会比以前的18650更好。

问：用废料做的电池，相关指标参数会不会比较差？另外，锂离子电池回收成本高，环保也不好处理，重金属污染，这些会不会限制锂离子电池的发展？

钟盛文：用废料来做锂离子电池材料，只要把杂质控制好了，它的性能跟原来不是废料的材料，是一样的好。现在大家都在抢做锂离子电池的废旧电池，处理起来对环境也没有什么影响。

问：现在正极材料622和622单晶区别在哪？

钟盛文：622正极材料是由很多个小颗粒晶体组成的球体，622的单颗粒整体是一个晶体结构，这就是他们的区别。

问：钴还会进一步上涨吗？锂价呢？

钟盛文：我认为钴价的涨价幅度不会很大，因为钴的冶炼，大部分被我们的企业控制了。锂价的话，我们的企业现在增加了很多碳酸锂的生产线，锂的涨价会受到限制。

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