中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：如何解決好能量密度、安全性以及散熱等問(wèn)題，將是電池技術(shù)取得進(jìn)步的關(guān)鍵因素。但目前來(lái)看，動(dòng)力電池的革命性產(chǎn)品尚未出現(xiàn)。
作為為提供能源的載體，電池一直被視為新能源汽車最為核心的技術(shù)之一。多年來(lái)，不同廠家選擇不同的技術(shù)路線專研電池技術(shù)，先后出現(xiàn)了多個(gè)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(shù)依然是全世界新能源汽車尤其是電動(dòng)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(wèn)題，將是電池技術(shù)取得進(jìn)步的關(guān)鍵因素?！眹?guó)家“千人計(jì)劃”專家、中國(guó)科學(xué)院寧波工程研究院新能源技術(shù)研究所副所長(zhǎng)韓偉強(qiáng)在接受本刊記者采訪時(shí)這樣說(shuō)道。但目前來(lái)看，“動(dòng)力電池的革命性產(chǎn)品尚未出現(xiàn)?！?
鋰電池最具優(yōu)勢(shì)
《千人》：動(dòng)力電池技術(shù)是新能源汽車發(fā)展的基礎(chǔ)與技術(shù)核心所在。目前，動(dòng)力電池需要解決哪些方面的問(wèn)題？
韓偉強(qiáng)：對(duì)于新能源汽車來(lái)說(shuō)而言，動(dòng)力電池就是為電動(dòng)汽車提供動(dòng)力來(lái)源的電源，是其心臟命脈所在。應(yīng)該說(shuō)，動(dòng)力電池是“新能源”和“汽車”之間不可或缺的連接桿，沒(méi)有動(dòng)力電池，也就無(wú)從談起新能源汽車。而汽車動(dòng)力電池需要滿足“低成本、高容量、高安全性”這三個(gè)方面的需求。
《千人》：當(dāng)前用于新能源汽車的動(dòng)力電池有哪些？
韓偉強(qiáng)：目前，市場(chǎng)上的動(dòng)力電池主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(shì)是價(jià)格低，但由于鉛是重金屬，其能量密度與純電動(dòng)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(duì)鉛酸電池的污染能力有了更深刻的認(rèn)識(shí)，如果嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，鉛酸電池的成本優(yōu)勢(shì)也將會(huì)大打折扣。
鎳氫電池曾應(yīng)用于第一代混合動(dòng)力汽車豐田Pruise，在電動(dòng)汽車領(lǐng)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(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。然而，鎳氫電池的負(fù)極材料是儲(chǔ)氫合金，性能穩(wěn)定的儲(chǔ)氫合金主要原料是稀土，由于中國(guó)政府對(duì)稀土資源的重視，儲(chǔ)氫合金的價(jià)格已經(jīng)悄然發(fā)生變化，導(dǎo)致鎳氫電池的成本走高，所以鎳氫電池在動(dòng)力電池市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力并不為業(yè)界看好。
因此，相比之下，鋰離子電池動(dòng)力電池具有更大優(yōu)勢(shì)，比如工作電壓高，比能量大，是鎳氫電池的3倍，同時(shí)體積相對(duì)較小，質(zhì)量輕，而且循環(huán)壽命長(zhǎng)，自放電率低，無(wú)記憶效應(yīng)，無(wú)污染等。加之，鋰資源又相對(duì)較為豐富，價(jià)格也不很貴。當(dāng)下，國(guó)內(nèi)使用的動(dòng)力鋰離子電池體系主要是石墨/磷酸鐵鋰，韓國(guó)、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(fù)極材料包括石墨、硬碳和軟炭。
《千人》：鋰離子電池近年來(lái)得到較大關(guān)注，逐漸成為動(dòng)力電池的主流方向。
韓偉強(qiáng)：是的。近年來(lái)國(guó)際上的主要研究機(jī)構(gòu)和汽車廠商都在研究、開(kāi)發(fā)這個(gè)體系，近期推出的和即將推出的多款純動(dòng)力和混合動(dòng)力汽車，基本都采用鋰離子電池技術(shù)。如美國(guó)福特、克萊斯勒，日本的豐田、三菱、日產(chǎn)，韓國(guó)現(xiàn)代，法國(guó)Courreges、Ventury等，國(guó)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(dòng)力鋰電池。
《千人》：但鋰離子電池技術(shù)的發(fā)展也存在較大瓶頸。
韓偉強(qiáng)：鋰離子動(dòng)力電池的安全性問(wèn)題一直備受詬病。由于使用有機(jī)溶劑做電解液，這些溶劑是可燃的，有可能會(huì)帶來(lái)災(zāi)難性的后果，眾泰和比亞迪電動(dòng)汽車曾經(jīng)發(fā)生的“起火事件”都是這個(gè)原因。同時(shí)，目前使用動(dòng)力鋰離子電池的商業(yè)化電動(dòng)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(wèn)題，比如2013 年新款日產(chǎn)聆風(fēng)廣告值為199 公里，實(shí)際路況測(cè)試大概只有125 公里左右，因而只能滿足短程運(yùn)行，這極大地阻礙了消費(fèi)者的購(gòu)買熱情。除此之外，純電動(dòng)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(dòng)汽車的價(jià)格。
正因?yàn)榇?，純電?dòng)汽車在與混合動(dòng)力汽車在當(dāng)今電動(dòng)汽車市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)中明顯處于劣勢(shì)，而且我認(rèn)為這種局面在短時(shí)間內(nèi)還很難改變,這些問(wèn)題需要新的鋰電池技術(shù)來(lái)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(wèn)題。我認(rèn)為，鋰空氣電池和全固態(tài)鋰電池可能是好的解決方案，雖然離實(shí)用尚遠(yuǎn)。
“能用、便宜、但不好用”
《千人》：鋰離子動(dòng)力電池技術(shù)現(xiàn)狀是怎樣的？難點(diǎn)在哪？
韓偉強(qiáng)：以材料技術(shù)來(lái)分，目前國(guó)際上鋰電池主要技術(shù)路線有兩條，以電池技術(shù)處于國(guó)際前列的韓國(guó)、日本為例，它們的技術(shù)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(fù)極以石墨為主，也有部分企業(yè)使用硬碳、軟炭。比如Nissan Leaf，正極材料使用的就是三元+錳酸鋰，負(fù)極材料是石墨。而美國(guó)和中國(guó)的技術(shù)路線保持一致，主打磷酸鐵鋰電池。從技術(shù)和應(yīng)用角度看，錳酸鋰占了一定優(yōu)勢(shì)。
除材料技術(shù)外，電池的制造技術(shù)也是至關(guān)重要。一組動(dòng)力電池都有幾百個(gè)單體串并聯(lián)組成，電池的一致性、熱管理、冷卻系統(tǒng)等，對(duì)電池的綜合性能都有決定性的影響。
提到技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)于一個(gè)產(chǎn)業(yè)，無(wú)時(shí)不刻不在平衡性價(jià)比，目前世界動(dòng)力電池技術(shù)已經(jīng)能夠使汽車在路上跑了，電動(dòng)汽車發(fā)展較慢的核心原因是在性價(jià)比方面還不能勝過(guò)內(nèi)燃機(jī)汽車，發(fā)展的方向仍然是性能更好、價(jià)格更便宜。對(duì)于一項(xiàng)具體技術(shù)，只有全做好了，才是產(chǎn)品，有一點(diǎn)沒(méi)做好，都是廢品。如果非要說(shuō)難點(diǎn)，難點(diǎn)就是要做到精細(xì)，包括對(duì)機(jī)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(guó)的動(dòng)力電池研發(fā)技術(shù)處于什么階段？
韓偉強(qiáng)：雖然國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)型企業(yè)很多，但我國(guó)的動(dòng)力電池技術(shù)依然非常薄弱。我們對(duì)材料的精細(xì)修飾、匹配性研究等方面做得比較粗糙，延續(xù)了中國(guó)產(chǎn)品“能用、便宜、但不好用”的特色。比如，日本企業(yè)的生產(chǎn)線大約有200個(gè)左右的質(zhì)量控制點(diǎn)，整個(gè)生產(chǎn)流程都在干燥間內(nèi)完成，最大程度避免了水份的影響。我國(guó)電池生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量控制點(diǎn)一般為20個(gè)左右，好的企業(yè)能夠達(dá)到50，控制的嚴(yán)格程度與日本有較大的差距。
我們技術(shù)水平落后于韓國(guó)、日本，領(lǐng)先于歐洲和美國(guó)，因?yàn)闅W美沒(méi)有電池產(chǎn)業(yè)，培養(yǎng)出產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)精英需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。在與韓國(guó)和日本的差距方面，我們的問(wèn)題是特 別注重商業(yè)技巧，近年來(lái)，鋰離子電池領(lǐng)域的投資還是非常迅猛的，投資過(guò)億的項(xiàng)目就有幾十個(gè)，期待動(dòng)力電池的井噴。但是，動(dòng)力電池并沒(méi)有預(yù)期般迅速到來(lái)，而我們?cè)陔姵丶夹g(shù)的精細(xì)控制、跨學(xué)科合作方面做得都還不夠。
《千人》：業(yè)界關(guān)于電動(dòng)汽車使用鋰動(dòng)力電池還是燃料電池的討論由來(lái)已久，您怎么看待？
韓偉強(qiáng)：燃料電池的本質(zhì)是發(fā)電機(jī)，是一個(gè)開(kāi)放體系，不需要充電，理論上可以持續(xù)放電至燃料或氧氣供給中斷為止，對(duì)于車載體系，燃料種類(氫氣、甲醇)對(duì)于一次續(xù)航里程有非常重要的影響，燃料補(bǔ)充也會(huì)非常容易，接近于汽車加油。
動(dòng)力電池是一個(gè)封閉體系，它的最大能量已經(jīng)確定，即有一個(gè)確定的里程極限。電池充電需要較長(zhǎng)時(shí)間，如果更換電池，需要非常專業(yè)的設(shè)備和場(chǎng)地，在北京奧運(yùn)會(huì)和上海世博會(huì)，大家都看到了這些專業(yè)換電站的工作方式。
對(duì)于未來(lái)電動(dòng)汽車以燃料電池為主還是鋰離子電池為主尚無(wú)定論，這一討論勢(shì)必還會(huì)持續(xù)下去。我個(gè)人認(rèn)為，如果燃料制備技術(shù)和燃料電池技術(shù)更便宜可靠，可能會(huì)走向燃料電池為主、鋰離子輔助的形式；如果新能源發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)走得更快，鋰離子驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車會(huì)更方便一些。
韓偉強(qiáng)，國(guó)家“千人計(jì)劃”入選者，中國(guó)科學(xué)院寧波工程研究院新能源技術(shù)研究所副所長(zhǎng)；2012年9月從美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室全職回國(guó)工作，長(zhǎng)期從事鋰電池等新能源技術(shù)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(xué)術(shù)論文100篇，獲他人引用超5500余次，其中兩項(xiàng)工作分別被中科院院士和工程院院士評(píng)為年度十大世界和年度十大中國(guó)科技新聞；2007年曾獲Battelle 發(fā)明家獎(jiǎng)。
(原載于《千人》雜志封面報(bào)道，采編/記者 史磊蕾)
