鉅大LARGE | 點擊量：585次 | 2021年10月11日
動力鋰電池之痛：革命性產(chǎn)品尚未出現(xiàn)
如何解決好能量密度、安全性以及散熱等問題，將是電池技術取得進步的關鍵因素。但目前來看，動力鋰離子電池的革命性產(chǎn)品尚未出現(xiàn)。
作為為供應能源的載體，電池一直被視為新能源汽車最為核心的技術之一。多年來，不同廠家選擇不同的技術路線專研電池技術，先后出現(xiàn)了多個體系。但目前發(fā)展情況仍然不盡如人意，迄今為止，電池技術依然是全世界新能源汽車尤其是電動汽車發(fā)展中的一塊短板。
“如何解決好能量密度、安全性以及散熱等問題，將是電池技術取得進步的關鍵因素?！眹摇啊睂＜?、我國科學院寧波工程研究院新能源技術研究所副所長韓偉強在接受本刊記者采訪時這樣說道。但目前來看，“動力鋰離子電池的革命性產(chǎn)品尚未出現(xiàn)?！?/p>
鋰離子電池最具優(yōu)勢
《千人》：動力鋰離子電池技術是新能源汽車發(fā)展的基礎與技術核心所在。目前，動力鋰離子電池要解決什么方面的問題？
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
韓偉強：有關新能源汽車來說而言，動力鋰離子電池就是為電動汽車供應動力來源的電源，是其心臟命脈所在。應該說，動力鋰離子電池是“新能源”和“汽車”之間不可或缺的連接桿，沒有動力鋰離子電池，也就無從談起新能源汽車。而汽車動力鋰離子電池要滿足“低成本、高容量、高安全性”這三個方面的需求。
《千人》：當前用于新能源汽車的動力鋰離子電池有什么？
韓偉強：目前，市場上的動力鋰離子電池重要分為鉛酸電池及改良體系、鎳氫電池和鋰離子電池三類。鉛酸電池的最大優(yōu)勢是價格低，但由于鉛是重金屬，其能量密度與純電動汽車的要求仍有非常大的差距。加之之前的“血鉛事件”，大家對鉛酸電池的污染能力有了更深刻的認識，假如嚴格執(zhí)行環(huán)保標準，鉛酸電池的成本優(yōu)勢也將會大打折扣。
鎳氫電池曾應用于第一代混合動力汽車豐田Pruise，在電動汽車領域擁有很高的聲望。鎳氫電池的體積比能量密度與鋰離子電池接近，使用水基電解液，在初期表現(xiàn)出較強的競爭優(yōu)勢。然而，鎳氫電池的負極材料是儲氫合金，性能穩(wěn)定的儲氫合金重要原料是稀土，由于我國政府對稀土資源的重視，儲氫合金的價格已經(jīng)悄然發(fā)生變化，導致鎳氫電池的成本走高，所以鎳氫電池在動力鋰離子電池市場的競爭力并不為業(yè)界看好。
因此，相比之下，鋰離子電池動力鋰離子電池具有更大優(yōu)勢，比如工作電壓高，比能量大，是鎳氫電池的3倍，同時體積相對較小，質(zhì)量輕，而且循環(huán)壽命長，自放電率低，無記憶效應，無污染等。加之，鋰資源又相對較為豐富，價格也不很貴。當下，國內(nèi)使用的動力鋰離子電池體系重要是石墨/磷酸鐵鋰，韓國、日本使用的材料比較多，正極以三元材料和尖晶石錳酸鋰為主，負極材料包括石墨、硬碳和軟炭。
《千人》：鋰離子電池近年來得到較大關注，逐漸成為動力鋰離子電池的主流方向。
韓偉強：是的。近年來國際上的重要研究機構和汽車廠商都在研究、開發(fā)這個體系，近期推出的和即將推出的多款純動力和混合動力汽車，基本都采用鋰離子電池技術。如美國福特、克萊斯勒，日本的豐田、三菱、日產(chǎn)，韓國現(xiàn)代，法國Courreges、Ventury等，國內(nèi)汽車廠商如比亞迪、吉利、奇瑞、力帆等也紛紛選擇在自己的新能源汽車上搭載的動力鋰離子電池。
《千人》：但鋰離子電池技術的發(fā)展也存在較大瓶頸。
韓偉強：鋰離子動力鋰離子電池的安全性問題一直備受詬病。由于使用有機溶劑做電解液，這些溶劑是可燃的，有可能會帶來災難性的后果，眾泰和比亞迪電動汽車曾經(jīng)發(fā)生的“起火事件”都是這個原因。同時，目前使用動力鋰離子電池的商業(yè)化電動汽車還存在一次充電續(xù)駛里程及電池壽命偏短等諸多問題，比如2013年新款日產(chǎn)聆風廣告值為199公里，實際路況測試大概只有125公里左右，因而只能滿足短程運行，這極大地阻礙了消費者的購買熱情。除此之外，純電動汽車所用鋰離子電池的成本占到整車的近一半，因而推高了純電動汽車的價格。
正因為此，純電動汽車在與混合動力汽車在當今電動汽車市場的競爭中明顯處于劣勢，而且我認為這種局面在短時間內(nèi)還很難改變,這些問題要新的鋰離子電池技術來解決。理想情況下，續(xù)駛里程提高四倍，成本降低四倍，并解決安全性問題。我認為，鋰空氣電池和全固態(tài)鋰離子電池可能是好的解決方法，雖然離實用尚遠。
“能用、便宜、但不好用”
《千人》：鋰離子動力鋰離子電池技術現(xiàn)狀是怎么樣的？難點在哪？
韓偉強：以材料技術來分，目前國際上鋰離子電池重要技術路線有兩條，以電池技術處于國際前列的韓國、日本為例，它們的技術路線基本一致，在材料方面，正極以三元材料和錳酸鋰的混合物為主，負極以石墨為主，也有部分公司使用硬碳、軟炭。比如NissanLeaf，正極材料使用的就是三元+錳酸鋰，負極材料是石墨。而美國和我國的技術路線保持一致，主打磷酸鐵鋰離子電池。從技術和應用角度看，錳酸鋰占了一定優(yōu)勢。
除材料技術外，電池的制造技術也是至關重要。一組動力鋰離子電池都有幾百個單體串并聯(lián)組成，電池的一致性、熱管理、冷卻系統(tǒng)等，對電池的綜合性能都有決定性的影響。
提到技術難點，有關一個產(chǎn)業(yè)，無時不刻不在平衡性價比，目前世界動力鋰離子電池技術已經(jīng)能夠使汽車在路上跑了，電動汽車發(fā)展較慢的核心原因是在性價比方面還不能勝過內(nèi)燃機汽車，發(fā)展的方向仍然是性能更好、價格更便宜。有關一項具體技術，只有全做好了，才是產(chǎn)品，有一點沒做好，都是廢品。假如非要說難點，難點就是要做到精細，包括對機理的理解、生產(chǎn)的控制、電池使用中的監(jiān)控等等。
《千人》：我國的動力鋰離子電池研發(fā)技術處于什么階段？
韓偉強：雖然國內(nèi)的生產(chǎn)型公司很多，但我國的動力鋰離子電池技術依然非常薄弱。我們對材料的精細修飾、匹配性研究等方面做得比較粗糙，延續(xù)了我國產(chǎn)品“能用、便宜、但不好用”的特色。比如，日本公司的生產(chǎn)線大約有200個左右的質(zhì)量控制點，整個生產(chǎn)流程都在干燥間內(nèi)完成，最大程度防止了水份的影響。我國電池生產(chǎn)公司的質(zhì)量控制點一般為20個左右，好的公司能夠達到50，控制的嚴格程度與日本有較大的差距。
我們技術水平落后于韓國、日本，領先于歐洲和美國，因為歐美沒有電池產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)出產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)精英要相當長的時間。在與韓國和日本的差距方面，我們的問題是特別重視商業(yè)技巧，近年來，鋰離子電池領域的投資還是非常迅猛的，投資過億的項目就有幾十個，期待動力鋰離子電池的井噴。但是，動力鋰離子電池并沒有預期般迅速到來，而我們在電池技術的精細控制、跨學科合作方面做得都還不夠。
《千人》：業(yè)界有關電動汽車使用鋰動力鋰離子電池還是燃料動力鋰電池的討論由來已久，您怎么看待？
韓偉強：燃料動力鋰電池的本質(zhì)是發(fā)電機，是一個開放體系，不要充電，理論上可以持續(xù)放電至燃料或氧氣供給中斷為止，有關車載體系，燃料種類(氫氣、甲醇)有關一次續(xù)航里程有非常重要的影響，燃料補充也會非常容易，接近于汽車加油。
動力鋰離子電池是一個封閉體系，它的最大能量已經(jīng)確定，即有一個確定的里程極限。電池充電要較長時間，假如更換電池，要非常專業(yè)的設備和場地，在北京奧運會和上海世博會，大家都看到了這些專業(yè)換電站的工作方式。
有關未來電動汽車以燃料動力鋰電池為主還是鋰離子電池為主尚無定論，這一討論勢必還會持續(xù)下去。我個人認為，假如燃料制備技術和燃料動力鋰電池技術更便宜可靠，可能會走向燃料動力鋰電池為主、鋰離子輔助的形式；假如新能源發(fā)電并網(wǎng)技術走得更快，鋰離子驅動電動汽車會更方便一些。
韓偉強，國家“”入選者，我國科學院寧波工程研究院新能源技術研究所副所長；2012年九月從美國布魯克海文國家實驗室全職回國工作，長期從事鋰離子電池等新能源技術以及納米材料和器件的研究工作；迄今在Science和Nature等期刊共發(fā)表學術論文100篇，獲他人引用超5500余次，其中兩項工作分別被中科院院士和工程院院士評為年度十大世界和年度十大我國科技新聞；2007年曾獲Battelle發(fā)明家獎。
(原載于《千人》雜志封面報道，采編/記者史磊蕾)
