新能源汽车锂电池技术发展趋势及其余能测试方法解析

随着科技的不断进步和人们对清洁能源需求的增加，锂电池作为一种高能量密度、环保、低污染的电池技术，已经成为了现代电子产品、电动汽车等领域的核心技术之一。

尤其是在近几年电动汽车市场和可再生能源的发展推动下，锂离子电池技术也在不断演进，表现出了明显的发展方向和趋势。本文主要从锂离子电池技术的发展趋势、锂电池回收利用及余能测试3个方面叙述锂离子电池在新能源汽车领域的发展方向与趋势。

1、锂电池技术发展趋势分析

锂离子电池工作原理：锂离子在正极和负极之间移动来实现充放电。在充放电过程中，Li+在两个电极之间往返嵌入和脱嵌，充电时，Li+从正极脱嵌，经过电解质嵌入负极，负极处于富锂状态；放电时则相反。

1991年，索尼推出第一代商业化应用的锂离子电池，以石墨为负极、以钴酸锂为正极，随后在消费类产品中得到大规模应用。

1996年，Padhi和Goodenough发现磷酸锂铁（LiFePO4），比钴酸锂正极材料更具优越性，

二代磷酸铁锂逐渐取代钴酸锂，其单体能量密度约130~250W·h/kg。

2014年，日立公司在日本电池讨论会上发布了高镍正极、硅合金负极的30A·h离子电池能量密度达到了335W·h/kg

近年来，富锂锰基正极材料的出现，为研制出第四代具有 350~400W·h/kg 高能量密度离子电池带来了曙光。

锂电池发展

（1）锂电池发展趋势一：容量与功率密度

锂离子电池的性能参数众多，影响电池商业化的性能参数有是否支持快充快放，是否具备长寿命以及高低温适应性等。但是毫无疑问，其最核心的参数是能量密度，可以以能量密度作为锂电池发展的代级划分。

以提升锂离子电池能量密度趋势研究新型电极材料、电解液和结构设计，以提高锂电池的能量密度，实现更长的续航里程和更高的功率输出。

（2）锂电池发展趋势二：成本

目前，锂离子电池的高成本是制约其广泛应用的因素之一，降低原材料成本、提高生产效率、开发更加经济的生产工艺是降低锂离子电池成本的基本途径，例如采用干法工艺优化生产工艺、提高制造效率，降低锂电池的生产成本，推动其在电动汽车和能源存储领域的广泛应用。

（3）锂电池发展趋势三：安全性

随着电池在汽车、电子设备等领域的广泛应用，锂离子电池的发展还需要不断保持并提高安全性。未来，锂电池技术将探索更多更安全的电极材料，降低设备在使用过程中的安全隐患，并加强电池研发系统的监控和管理，确保电池在各种使用条件下的安全性能。

例如：开发新型电解液、隔膜和电池管理系统，提高锂电池的安全性，减少发生过热、燃烧或爆炸的风险。

2、锂电池回收利用

中国在2022年大概有 12 ~ 17 万吨的电动乘用车和混合动力乘用车的电池报废量，如何处置大规模的退役动力蓄电池将成为重大课题，能否妥善处理将影响新能源汽车的发展。

锂电池的主要指标有能量密度、充放电倍率、循环寿命，其回收利用需要综合考虑这三个指标。

新能源汽车用动力蓄电池回收利用是新能源汽车发展的关键技术之一，美国、日本以及欧洲等发达国家和地区在电池回收利用方面进行了大量技术投入，主要在动力蓄电池寿命与经济效益、锂电池建模、蓄电池储能系统在新能源发电中的应用、回收利用电池的标准体系研究4个方面进行了关键技术研究。

（1）锂电池寿命与经济效益的联系

分析和研究回收利用动力蓄电池使用寿命与经济效益的联系，进行了锂电池全寿命经济效益分析与研究，建立了相关的经济效益模型，并设计了相应的成本预测管理系统，以达到优化锂电池使用寿命和经济效益的目的。

（2）锂电池建模

根据不同的影响因素，采用动力蓄电池合理选型数学建模等手段，估计锂电池剩余容量和健康状 ( State of Health，SOH)，加强和完善合理的电池管理、使用制度，达到延长其使用寿命、降低使用成本的目的。

（3）蓄电池储能系统在新能源发电中的应用

分析了因地区、环境差异造成的负载变化及其对动力蓄电池使用寿命的影响，并将回收利用动力蓄电池与环境保护产业相结合进行相关研究。

（4）回收利用电池的标准体系研究

研究与制定回收利用电池的测试方法和测试标准。

2015年3月27日，工信部在新能源汽车快速增长、动力蓄电池行业能力、水平制约突出的背景下制定发布《汽车动力蓄电池行业规范条件》，按照企业自愿申请、政府服务行业的思路，以动态公告的方式，实施对汽车动力蓄电池企业的监督管理。

2016年1月底，工信部、发改委、环保部、商务部、质检总局五部委正式联合下发《电动汽车动力电池回收利用技术政策(2015年版)》。

2017年3月，国家工业和信息化部、发展改革委、科技部、财政部联合印发《促进汽车动力电池产业发展行动方案》，提出加快提升我国汽车动力电池产业发展能力和水平，推动新能源汽车产业健康可持续发展。

2018年7月31日，新能源汽车国家监测与动力蓄电池回收利用溯源综合管理平台在北京启动运行。

3、锂电池余能测试方法

锂电池余能检测重点研究回收利用锂电池的余能测试方法与测试标准，依据GB/T 34015-2017《车用动力蓄电池回收利用 余能检测》中的余能检测方法，可以基于电池能量密度预判构建初始检测电流的经验公式，结合电池耐久试验分析，研究锂电池余能检测方法。

（1）依据能量密度构建经验公式的余能检测方法

GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》中规定电池的额定容量指室温下完全充电的蓄电池以1倍I1(A)电流放电，达到终止电压时所放出的容量。

GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》中规定了蓄电池循环寿命的试验方法，其截止条件是放电容量相对于初始容量的下降程度，容量检测方法沿用1倍I1(A)电流放电所测容量。

但GB/T 34015-2017《车用动力蓄电池回收利用余能检测》中余能计算以及余能容量均使用I5放电容量，可以通过能量密度法估算I5经验公式，再应用实测修正容量检测I5进行蓄电池的余能检测。

I5放电容量定义为：蓄电池在室温下，以1倍I5(A)电流放电，达到终止电压时说放出的容量(A·h)。

（2）标签法与经验公式法余能检测方法

标签法余能检测：通过电池标签确定余能检测电流I5的值，再通过循环充放电试验确定电池的平均容量。

公式法余能检测：依据余能检测公式计算余能检测电流I5的值，以电流I5进行一次充放电循环测得电池容量，再对电流I5的值进行修正，最后通过循环充放电试验确定电池的平均容量。

4、总结

近年来，中国锂电池出货量不断增长。中商产业研究院发布的《2023-2028年中国锂电池行业市场前景预测及未来发展趋势研究报告》显示，2023年，中国锂离子电池出货量达到887.4GWh，同比增长34.3%，在全球锂离子电池总体出货量的占比达到73.8%，出货量占比继续提升。

随着科技的不断发展，锂电池在材料、工艺、性能以及安全性等方面取得了显著的进步。实现资源可持续性，探索新型锂资源开采方式、提高回收利用率，减少对有限资源的依赖，实现锂电池产业的可持续发展。

随着新能源汽车和储能市场的持续增长，锂电池行业预计将继续保持增长势头，锂电池多功能应用可以结合人工智能、物联网等新兴技术，开发具有智能监测、自愈合等功能的锂电池，满足不同领域的需求。锂电池技术在不断创新和进步中，将继续发挥重要作用，并为清洁能源和可持续发展做出贡献。随着科技的不断突破和应用场景的不断拓展，锂电池有望在未来发展出更加先进、安全、高效的新型电池技术。