日前，国内动力电池行业相关资讯持续涌现，先是上汽布局动力电池板块，与国内体量第二、全球第三的动力电池企业宁德时代开展深度合作，共建动力电池系统公司；随后有消息称比亚迪计划拆分动力电池部门，对外向各类车企供应产品，相关报道提及该布局或将重塑全球市场格局。与此同时，国内电动汽车市场连续两年产销量位居全球前列，累计推广车辆超 100 万辆，市场保有量占全球五成以上。国内电动汽车市场规模已超越美国，行业发展空间广阔、扩张速度较快，行业发展核心依托动力电池技术能力的持续提升。

电动汽车迭代升级需要性能更优异的储能电池，动力蓄电池的能量密度、循环寿命、安全性能与制造成本，深刻影响纯电车型的普及进程。其中锂离子电池具备能量密度高、使用寿命长久等优势，现阶段在电动汽车领域拥有突出实用价值，混动汽车、纯电汽车与燃料电池汽车均大范围搭载该类电池。当前商用动力电池现有技术指标与未来十年预期研发目标参考图 1，量产环节中各类性能参数往往存在相互制约的情况，电池各项性能指标需要综合权衡优化。电池综合性能提升，同步需要兼顾正负极原材料、电解液、隔膜的品质优化，电芯装配工艺、电池模组集成、配套管理技术的同步迭代同样十分关键。本文从锂电原材料技术、电芯设计制造工艺、电池集成系统技术三个维度，梳理当前以锂离子电池为核心的动力电池产业现有研发成果，同时对行业后续发展方向展开分析。

锂电池正负极原材料品类丰富（图 2），现阶段钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂、镍钴锰三元锂等正极材料相关研发体系已趋于完善。钴酸锂材料比容量可达 200-210mA・h/g，材料真实密度与极片压实密度在主流正极材料里处于高位，量产钴酸锂搭配石墨负极体系充电电压可提升至 4.40V，能够满足手机、平板设备对高体积能量密度软包电芯的使用需求。锰酸锂原材料采购成本偏低、生产流程简易、热稳定表现良好、耐过充能力突出、放电电压平台稳定，安全表现稳定，适配轻型代步车辆低成本储能方案；该材料存在理论容量偏低的短板，循环使用过程中锰元素析出会缩短高温工况下电池使用年限。国内锰酸锂材料主要供给移动电源、电动工具、两轮电动车市场，产品定位逐步偏向中低端品类。镍钴锰三元层状正极材料多用于动力储能场景，镍钴锰配比 1:1:1 的 LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2 在动力电池领域应用体系成熟，容量表现更佳的 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 也已实现批量投产，常搭配锰酸锂混合制作车载储能电芯。铝改性锂镍钴氧（NCA）能量密度能够接近高电压钴酸锂电芯，近年特斯拉车企将该类电芯搭载于旗下电动车型，该材料亦可搭配锰酸锂加工车用动力电池；国内 NCA 前驱材料已形成稳定量产产能，多家企业完成 NCA 正极材料研发工作，现阶段处于市场推广阶段。磷酸铁锂储能电芯安全表现稳定、循环使用寿命长久，纳米工艺功率型原料与高密度磷酸锰铁锂原料发展节奏较快，高能量、高功率两类材料性能逐步稳定，生产成本持续下降，逐步匹配国内市场需求与现阶段国内新能源汽车推广需求。高电压尖晶石镍锰酸锂、高电压高容量富锂锰基正极材料仍处在试验研发阶段。

适配动力电池的负极原材料包含石墨、软硬碳材料、合金基材料，石墨为现阶段大范围使用的负极原料，可逆容量可达 360mA・h/g。无定型软硬碳材料适配高倍率、低温使用场景，现已逐步落地商用，大多与石墨混合搭配使用。钛酸锂负极材料倍率充放电、循环耐久表现突出，适配大电流快充电芯，但成品电芯能量密度偏低、综合生产成本偏高。上世纪 90 年代已有研究提出纳米硅可制备高容量负极，少量掺杂纳米硅提升碳负极容量是当下主流研发方向，添加微量纳米硅或氧化硅的负极材料已进入小批量试产阶段，可逆容量可达 450mA・h/g。但硅材料嵌锂后会出现体积膨胀现象，量产使用中循环寿命衰减的问题仍需进一步优化改善。

锂离子电池电解液通常搭配高介电常数环状碳酸酯与低介电常数线性碳酸酯混合调配。常规锂离子电池电解液需要满足离子导电率适中（10-3~10-2S/cm）、电子导电率低、电化学稳定区间宽泛（0~5V）、温度适应范围广（-40~60℃）等标准。六氟磷酸锂及各类新型锂盐、溶剂提纯、电解液调配、功能添加剂相关工艺持续优化，当下研发方向集中于提升电芯工作电压、改善电池高低温适配性能，安全性更佳的离子液体电解液、固态电解质仍在试制研发阶段。

聚烯烃微孔膜力学性能优良、电化学稳定表现可靠、采购成本适中，是当前锂离子电池隔膜市场主流品类 [7]，涵盖聚乙烯（PE）单层膜、聚丙烯（PP）单层膜、PP/PE/PP 三层复合微孔膜。国内大量厂商采用干法工艺量产隔膜，湿法工艺 PE 隔膜也已有多家企业实现规模化生产。伴随陶瓷涂覆工艺普及，耐高温、适配高电压工况的隔膜将成为后续研发主要方向。

锂离子电芯基础设计思路，延续索尼公司 1989 年公开的设计方案，电芯外形分为圆柱、金属方形壳体（铝 / 钢壳）、方形软包三类；圆柱电芯早年多用于笔记本设备，特斯拉等企业选用 18650 圆柱电芯搭载电动汽车。方形电芯常规容量更大，电芯制备工艺包含卷绕、Z 型叠片、卷绕叠片复合、正极包膜叠片、叠片卷绕复合等形式。圆柱电芯成熟度较高，量产加工成本偏低，但大尺寸圆柱电芯散热性能偏弱，行业多选用小型圆柱电芯组合使用。车载储能模组整体容量大、电芯数量多，配套管控系统结构复杂、造价偏高。方形电芯卷绕制备流程简易，更适配薄型极片电芯，磷酸铁锂、三元材料电芯均可采用该工艺；叠片式电芯稳定表现良好、使用寿命长久，适配各类材料体系，通用 Volt 插混车型、日产 Leaf 纯电车型储能电芯均采用叠片工艺加工。截至 2015 年，磷酸铁锂单体电芯能量密度可达 140W・h/kg，三元搭配锰酸锂单体电芯能量密度可达 180W・h/kg，海外搭载 NCA 体系小型圆柱电芯能量密度可达 240W・h/kg；未来数年锂离子单体电芯能量密度将持续提升，预计 2020 年相关产品能量密度上限可至 300W・h/kg。

从商用锂离子动力电池集成系统来看，核心工艺包含电芯模组集成（电芯配组、热管理、碰撞防护、电气防护等）、电池管理系统（BMS）电磁兼容工艺、电芯信号精准采集（单体电压、回路电流等）工艺、电池运行状态测算、电芯均衡调控工艺等。BMS 与电池系统其余核心配套元器件（传感器、控制器、执行器等），相关生产技术集中于德、日、美等汽车电子产业发展较早的国家。国内已有多家企业自研智能计量设备，能够替代海外电流、电压、绝缘监测传感器。制约电动汽车普及的核心因素，是锂离子动力电池安全表现与综合使用成本；除电芯本体安全、寿命、一致性持续优化外，电芯模块化、模组集成工艺（电芯配组、热管理、碰撞防护、电气防护等），国内行业与海外成熟厂商仍存在明显差距。海外整车企业电芯集成工艺体系完善，国内科研机构针对 BMS 电磁兼容、信号采集、电池状态测算、电芯均衡调控等方向，已开展深度研究工作。电池电气管控相关工艺研发，覆盖电池电化学模型搭建、电气安全结构设计、运行状态测算、均衡管控、故障识别标定、充电管控等方向。电池热管控工艺与配套系统研发，需要结合模组结构设计、电芯产热数据测算，对比各类温控方案均温散热效果，筛选低成本、加工简易、安全稳定的模组散热方案。电芯系统轻量化研发，以储能模组与整车配套结构为研究载体，兼顾多部件耦合关联，从结构优化、原料选型两个维度，开展抗振、抗冲击轻量化集成方案研发；针对零部件原料、结构、连接方案优化调整，电池安全层面，依托电气、机械、热安全基础，搭建整套储能模组防护方案，围绕储能模组开展故障预判、热风险监测预警、风险管控相关工艺研究。

较长周期内，锂离子电池依旧适配各类电动车型储能需求；锰酸锂、三元体系、磷酸铁锂正极材料，复合碳负极材料，陶瓷涂覆隔膜、锂盐原料、功能性电解液相关工艺迭代，持续推动储能电池技术与配套产业发展。电池集成系统工艺在落地应用中持续优化，产品安全与稳定表现会在后续数年稳步提升。动力电池寿命模型及相关影响参数分析、电芯组合排布特性、大容量储能模组均衡调控方案、单体电芯充放热模型与模组温度场测算管控、储能模组快充优化方案等课题，仍有待深入研究。动力电池集成系统需要结合整车产品重新规划，围绕车载储能电芯使用需求更新生产制造模式；同步推进锂电基础原料、电芯加工、系统集成全产业链技术升级，提升成品品质，压缩规模化生产成本，增强国内产业综合竞争实力。