朱玉春，萬福成，戚逸飛

(1.信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車與機電工程學(xué)院，河南 信陽 464000；2.信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 科研處，河南 信陽 464000;3.信陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部，河南 信陽 464000)

從20世紀(jì)90年代初正式開始商業(yè)化應(yīng)用以來，鋰電池由于具有綠色環(huán)保、循環(huán)壽命長、能量密度高、工作電壓高等方面特性，成為新一代電動汽車的理想動力源。新能源汽車等使用的電池被稱為新能源動力電池，它是一個高能量載體，既要應(yīng)對高溫、高濕、高原、高寒、崎嶇路面、涉水等環(huán)境，又要能夠提供持續(xù)大電流輸出的穩(wěn)定性、安全性，并且可多次循環(huán)使用。這些都對新能源電池技術(shù)的發(fā)展和商業(yè)化應(yīng)用提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，可以預(yù)測，未來動力電池必然向著高性能、低成本、長壽命方向發(fā)展。

1 新能源動力鋰電池國內(nèi)外市場化應(yīng)用現(xiàn)狀

目前，全球新能源動力電池行業(yè)參與者主要集中在德國、美國、中國、日本、韓國。從新能源動力電池的市場應(yīng)用功能角度看，在動力電池三大性能指標(biāo)中，歐美等發(fā)達國家側(cè)重于動力電池的高溫安全性，而我國側(cè)重于初始容量和續(xù)航能力[1]。這一功能特征的國內(nèi)外偏向直接影響著全球動力鋰電池的市場占配比。在參閱相關(guān)文獻數(shù)據(jù)情況下，本文總結(jié)了2020-2021年全球動力鋰電池裝機量(見圖1)[2]。

圖1 全球動力鋰電池廠商2020-2021年裝機量

由圖1可知，在2021年全球新能源車型銷量翻番增長至650萬輛的背景下，全球動力鋰電池的裝機量大幅提升，各大廠商均呈現(xiàn)不同程度的大幅增長，中國企業(yè)漲幅最高，增長率平均值約177%，遠超國外企業(yè)。在2021年裝機量排名前十的企業(yè)中，中企占6家、韓企占3家、日企占1家。

根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計可知，2021年全球新能源動力鋰電池排名前十的動力電池廠商的市場占有率達到91.2%，市場集中度進一步提高，其中排名前三的為寧德時代、LG化學(xué)、松下電器。高端市場幾乎被日本和韓國企業(yè)壟斷，包括電池材料制備、電芯制造、模組設(shè)計及設(shè)備制造等。不過，值得關(guān)注的是，在中國政府的大力扶持下，我國新能源動力鋰電池行業(yè)有了飛速發(fā)展，它們正逐漸縮小與日韓企業(yè)的差距[3]。其中，排名前五的分別是寧德時代、比亞迪、中創(chuàng)新航、國軒高科、遠景動力[4]，而寧德時代和比亞迪兩家最具代表性，寧德時代主要研究和發(fā)展三元高鎳電池，比亞迪則選擇磷酸鐵鋰電池。

鋰離子電池作為一個復(fù)雜的電化學(xué)體系，研究中涉及物理、化學(xué)、材料、能源以及電子等多個學(xué)科和領(lǐng)域。提升電池性能，需要多學(xué)科、產(chǎn)業(yè)上下游之間互相配合，對整個電池體系中的各個組成部分進行優(yōu)化，這樣的任務(wù)僅僅靠電池廠商自身難以完成[5]。同時，動力鋰電池市場的主流選擇必然是安全性更高、續(xù)航能力更強、價格更優(yōu)惠的產(chǎn)品。目前，在初始容量、循環(huán)次數(shù)、安全性三大性能方面，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批實驗室新技術(shù)、新成果，但是這些經(jīng)過驗證和鑒定的實驗室科研成果走向市場化的過程非常艱辛，特別是在大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的過程中存在一些制約因素和瓶頸。

2 新能源動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化的困境

2.1 新能源動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)困境

實驗室研制動力鋰電池為小批量的生產(chǎn)制作，可以比較容易地達成物質(zhì)的混合均勻度和反應(yīng)的完全度。但放大到噸級正極材料制備時，就必須對制造工藝進行革新，這樣勢必會與實驗室制備工藝存在差異。因此，在動力鋰電池提產(chǎn)能、控成本的過程中，能否保證其電池性能與實驗室產(chǎn)品一致，就成了工業(yè)化生產(chǎn)的重中之重。許多學(xué)者已經(jīng)認識到了這些問題，閆哲洋對LiMnO2等正極材料產(chǎn)業(yè)化做了工藝改進研究，提出對水熱法制備LiMnO2過程中通過改變溫度條件、pH環(huán)境和水熱時間，并在反映過程中摻雜Ce、Fe元素等方式提高生產(chǎn)率[6]。王峰對電解液產(chǎn)業(yè)化研究得出，對新型鋰鹽的開發(fā)將能夠解決現(xiàn)有LiPF6熱穩(wěn)定性較差和難以回收利用的缺陷[7]。陸?zhàn)啬械忍岢瞿壳颁囯姵刎摌O材料采用的人造石墨、改性天然石墨存在開采困難、易造成污染等問題[8]，對新型負極材料的研發(fā)有助于提高動力鋰電池的能量密度和安全性。隨著國內(nèi)研究的不斷深入，能否保持自身產(chǎn)業(yè)鏈與時俱進、不斷優(yōu)化，才是生產(chǎn)廠商應(yīng)該解決的首要問題。

除制造工藝需要革新之外，在動力鋰電池正極材料的量產(chǎn)過程中，如何在各種外在不可控因素和設(shè)備誤差的影響下實現(xiàn)良好的混合率，成為了生產(chǎn)廠商必將面對的技術(shù)難題。張音通過對三元鋰電池NCM523正極材料制備工藝進行研究，發(fā)現(xiàn)在制備NCM前驅(qū)體的過程中，對材料進料和攪拌速率、反應(yīng)pH值環(huán)境等條件加以優(yōu)化，并進行適度的金屬或非金屬元素摻雜改性能夠提高材料的電化學(xué)性能，而且合成方法工序簡單效果良好，為三元鋰電池NCM材料的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)提供了新的思路[9]。王淑一在對三元鋰電池NCM622正極材料前驅(qū)體制備的研究中得出，以1000W微波輔助的共沉淀法制備的NCM622前驅(qū)體，在650℃下燒結(jié)并保溫9h，得到的正極材料經(jīng)電化學(xué)測試后具有良好的容量保持率[10]。此方法具有可操作性強，對設(shè)備要求適中，可控因素多等優(yōu)點，能夠為高鎳三元鋰動力電池的量產(chǎn)提供參考。對動力三元鋰電池正極材料的生產(chǎn)過程而言，前驅(qū)體的制備是整個制備過程的核心，而如何在前驅(qū)體的多種新制備工藝中尋找工藝革新和經(jīng)濟效益的平衡點，才是生產(chǎn)廠商成功擺脫技術(shù)困境的關(guān)鍵所在。

2.2 新能源動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化的經(jīng)濟困境

科技成果產(chǎn)業(yè)化融資難問題，歸根結(jié)底在于科技研究項目周期性長、情況多變且復(fù)雜，而且投資主體無法借助現(xiàn)有成果或量化指標(biāo)來預(yù)測市場預(yù)期，這種高風(fēng)險正與資本逐利的天性相矛盾。這就使其產(chǎn)業(yè)化面臨著某些經(jīng)濟困境，主要體現(xiàn)在缺少科技金融投資平臺和科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的經(jīng)濟激勵。實驗室產(chǎn)品批量生產(chǎn)之前，需要數(shù)以億計的資金去完成制備工藝的革新試驗，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量，但是少有扶持動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的科技金融投資平臺，金融資本公司也很少參與產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的試驗投資。另外，實驗室科研成果的產(chǎn)權(quán)屬于高?；蚩蒲性核?，在成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化方面，缺少對科研人員的經(jīng)濟激勵和保障，致使其參與產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化的意愿和主動性不強。

2.3 新能源動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化的制度困境

動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化的制度困境，主要體現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)發(fā)展的制度保障、知識產(chǎn)權(quán)保護、科研成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化制度和平臺建設(shè)等方面。歐美商業(yè)發(fā)達，市場化程度高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流模式是風(fēng)投公司進行資本運作，國家政策給予必要的輔助政策，政府、企業(yè)、資本三方一體協(xié)同助推新技術(shù)、新產(chǎn)品、新材料的商業(yè)化、市場化。中外制度環(huán)境不同，歐美產(chǎn)業(yè)發(fā)展的金融模式難以在我國實現(xiàn)本土化，我國又缺乏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的保障制度。中國的知識產(chǎn)權(quán)研究開始得比較晚，知識產(chǎn)權(quán)保護還處于發(fā)展中階段，因而在知識產(chǎn)權(quán)保護方面顯得有些薄弱。針對萬億級的動力電池市場規(guī)模，一種動力鋰電池正極材料的成功研制和民用，對于動力電池的全球市場版圖格局改變就是顛覆性的，其帶來的社會價值和經(jīng)濟價值也是不可估量的。

針對現(xiàn)有動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的外部競爭環(huán)境，在扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策上，要求政府加大對于科技創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)的鼓勵和保護力度，不斷完善科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化制度建設(shè)，充分調(diào)動科研人員的積極性、主動性，建立“人才、技術(shù)、資本、市場”互聯(lián)互通的科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化平臺，將實驗室科技成果的科研價值高效地轉(zhuǎn)化成市場經(jīng)濟價值，最大程度地調(diào)動促進技術(shù)市場化的各個元素，加速電池技術(shù)的不斷革新。

3 新能源動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化困境的解決對策

3.1 優(yōu)化設(shè)計實施方案

在新能源動力鋰電池初步研發(fā)設(shè)計階段，一方面，要將市場需求牽引與自身的基礎(chǔ)研究結(jié)合起來，既明確了研究的方向，又為將來的批量生產(chǎn)打下良好鋪墊，充分的轉(zhuǎn)化科研價值為市場經(jīng)濟價值；另一方面，在因子組合、配方設(shè)計和制造工藝方面，對接現(xiàn)有市場的工藝水平和設(shè)備情況，探究動力鋰電池批量生產(chǎn)的可行性，尋找最優(yōu)實施方案，提高成果轉(zhuǎn)化的成功概率。

3.2 建立健全產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的投融資制度

面對新能源動力鋰電池的研制周期長、投入大的困境，可以建立并完善動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的投融資制度，成立技術(shù)交易市場軟平臺，引入多樣化的資本，尤其是國外優(yōu)質(zhì)資本，在分散投資風(fēng)險的同時，加速資源向我國寧德時代等優(yōu)勢企業(yè)集中，推動動力鋰電池產(chǎn)業(yè)全鏈條企業(yè)的發(fā)展壯大，助推企業(yè)并購重組和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，為民營企業(yè)的發(fā)展提供廣闊的發(fā)展空間，也為動力鋰電池走向國際市場打下堅實的基礎(chǔ)。

3.3 營造完善的產(chǎn)業(yè)化制度環(huán)境

探索新能源動力電池成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化市場運作的體制、機制和模式，全方位、多角度加大對科技成果和知識產(chǎn)權(quán)的鼓勵和保護力度、市場監(jiān)督力度，完善科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的管理體系、制度體系和服務(wù)支撐體系，增強科研人員與政府、企業(yè)、資本的協(xié)同創(chuàng)新能力，推動新技術(shù)、新成果、新材料高效融入市場經(jīng)濟發(fā)展創(chuàng)新體系。建立完善的轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化結(jié)果評價體系，發(fā)現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的主要問題和矛盾焦點，調(diào)整政策和制度，增強優(yōu)勢并補足短板，充分調(diào)動科研人員參與成果轉(zhuǎn)化的積極性，讓科技成果更好地服務(wù)于社會發(fā)展。

我國從“十五”規(guī)劃就開始設(shè)立“電動汽車重大科技專項”，聯(lián)合企業(yè)、高校以及科研機構(gòu)對關(guān)鍵技術(shù)進行科技攻關(guān)，加快推進新能源汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)化的體量也在逐步擴大。中國作為汽車產(chǎn)銷量雙高的國家，自然會成為全球新能源汽車發(fā)展的核心力量，新能源汽車產(chǎn)業(yè)正逐步從培育期邁入加速發(fā)展的新階段。在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的過程中，新能源動力電池產(chǎn)業(yè)參與主體必須將產(chǎn)品性能和安全性放到首位，準(zhǔn)確把握產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的方向，才能在市場競爭中經(jīng)久不敗。就目前來看，鋰離子電池仍然是新能源動力電池領(lǐng)域最佳的解決方案，不過其動力電池負極、隔膜等技術(shù)革新對其性能提升作用有限，動力電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的矛盾焦點主要集中在正極材料的研發(fā)、測試和量產(chǎn)等方面。雖然正極材料的研發(fā)制備已經(jīng)有一批成熟的實驗室成果，但是其大批量量化生產(chǎn)面臨著諸多的中試試驗和安全性測試，周期長、投入大、風(fēng)險高，而市場方面又缺少扶持產(chǎn)業(yè)發(fā)展的投融資模式。但我們深信，在強大的市場需求和競爭的驅(qū)動下，必然會迫使參與主體不斷進行電池技術(shù)的創(chuàng)新和進步，或者說，隨著能源革命的持續(xù)演進，動力電池產(chǎn)業(yè)必將迎來發(fā)展的春天。