這一電動(dòng)車界關(guān)注的問題，以中國科學(xué)院、中國工程院多位院士為代表的學(xué)者已研究多年。9月中旬，中國科學(xué)院學(xué)部主辦“電動(dòng)汽車對動(dòng)力電源的需求及其對策”主題論壇。中國科學(xué)院田昭武院士、萬立駿院士，中國工程院陳立泉院士、郭孔輝院士、陳清泉院士、楊裕生院士等20余位電動(dòng)汽車及動(dòng)力電源領(lǐng)域的學(xué)者出席論壇。中航鋰電、天津力神、超威集團(tuán)、天津比克、山東威能等電源企業(yè)，南車時(shí)代、比亞迪、瑞華集團(tuán)、奇瑞汽車、陸地方舟、山東時(shí)風(fēng)等電動(dòng)汽車企業(yè)代表參加了此次研討會(huì)。
動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的心臟，心臟的強(qiáng)勁與否決定了電動(dòng)汽車能跑多快多遠(yuǎn)。目前業(yè)界主流的電動(dòng)汽車均以鋰離子電池為主，從實(shí)際應(yīng)用效果來看并不能令人滿意——續(xù)駛里程已經(jīng)成為困擾電動(dòng)汽車發(fā)展的最大障礙之一。
為此，“2020年動(dòng)力電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg”被政府和業(yè)界作為下一段發(fā)展目標(biāo)提出。現(xiàn)在距離2020年還有7年時(shí)間，可產(chǎn)業(yè)化的下一代動(dòng)力電池卻還沒有浮出水面。學(xué)者們看好鋰硫電池、鋰氧電池等新材料電池，從業(yè)者則對下一代動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)化前景更為悲觀，“達(dá)到300Wh/kg的材料，現(xiàn)在我還沒看到。”
目標(biāo)：300Wh/kg
400-500公里的續(xù)駛里程對于傳統(tǒng)燃油汽車來說是十分容易達(dá)到的數(shù)值，而對于電動(dòng)汽車來說卻遙不可及。目前，主流電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程多在200公里以下，少數(shù)如比亞迪E6、特斯拉Model S等則通過增加電池組數(shù)量，犧牲車重、成本經(jīng)濟(jì)性的方式增加續(xù)駛里程，其模式難以推廣。
即使不要求電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程與傳統(tǒng)燃油汽車看齊，僅僅是更高效率的角度看，提升電池比能量、降低電池重量也是必須的。而現(xiàn)階段單體電池比能量僅110-120Wh/kg，組合成電池包后，電池系統(tǒng)能量密度還不到90Wh/kg。
根據(jù)國務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020 年)》中提及的目標(biāo)，至2015年動(dòng)力電池模塊的能量密度達(dá)到150Wh/kg(折算成單體電池，其能量密度大約需要達(dá)到170-190Wh/kg)，至2020 年動(dòng)力電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg(對應(yīng)的單體電池能量密度至少達(dá)到330Wh/kg 以上)。
不僅僅是中國，美、日等國對下一代動(dòng)力電池的規(guī)劃也是2020年能量密度達(dá)到300Wh/kg，而稍微長期的2030年規(guī)劃，能量密度則達(dá)到了500Wh/kg。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授艾新平向第一電動(dòng)記者介紹說，在現(xiàn)今電池下，實(shí)現(xiàn)2015年150Wh/kg 的目標(biāo)沒有問題，但是2020年要實(shí)現(xiàn)電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg 會(huì)有困難。艾新平參與了上述節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的制訂。
中國科學(xué)院物理研究所清潔能源中心副主任黃學(xué)杰告訴第一電動(dòng)記者，采用現(xiàn)有的鋰離子電池體系，2020 年的300Wh/kg 基本不可能完成，必須尋求新類型的動(dòng)力電池。
可能的方案
“一種技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向市場大概十年左右。”黃學(xué)杰表示。2020 年并不是一個(gè)遙遠(yuǎn)的未來，目前還沒有看到任何確定性的解決方案，可能達(dá)成上述目標(biāo)的新一代動(dòng)力電池體系也屈指可數(shù)。“近期看三元材料，中期看富鋰錳基，遠(yuǎn)期看鋰硫電池。”艾新平這樣為動(dòng)力電池的世代體系分類。
艾新平認(rèn)為，提高動(dòng)力電池比能量的技術(shù)途徑只有三個(gè)。一是工藝進(jìn)步，但如今電池工藝設(shè)計(jì)已相對成熟，提高電池比能量的空間不大;二是材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸鐵鋰和錳酸鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動(dòng)力電池在能量密度上很難有大的突破;三是新材料、新體系，即開發(fā)高比能新材料、發(fā)展動(dòng)力電池新體系是未來動(dòng)力電池比能量大幅度提升的主要途徑。
中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員郭玉國支持了這一看法，他介紹鋰硫電池是目前高比能二次電池的研究熱點(diǎn)，無論是作為正極材料的單質(zhì)硫還是作為負(fù)極材料的金屬鋰，均具有很高的理論比容量，從而使整個(gè)電池的理論比能量高達(dá)2600wh/kg。
產(chǎn)業(yè)化路途漫漫
雖然有了一些“眉目”，但這些產(chǎn)品距離產(chǎn)業(yè)化顯然還有很長的路要走。黃學(xué)杰對記者表示，目前富鋰錳基電池和鋰硫電池“還處于實(shí)驗(yàn)室展示階段”，距離最后成為可應(yīng)用的產(chǎn)品還需要一段時(shí)間。
黃學(xué)杰認(rèn)為，在中期動(dòng)力電池研發(fā)上，中國的力度與國際相比并不落后。記者對2013年度的國際動(dòng)力電池研發(fā)新聞進(jìn)行了梳理，發(fā)現(xiàn)雖然經(jīng)常有新型電池的新聞見諸報(bào)端，但大部分空洞無物，多是投資宣傳。在中期動(dòng)力電池體系研發(fā)上，中國確實(shí)保持了與國際同步。
不過在更尖端動(dòng)力電池體系的研發(fā)上，國內(nèi)與國際水平還有很大差距。
“鋰氧電池的現(xiàn)狀是都在實(shí)驗(yàn)室階段，但是國外很多公司還在研究，國內(nèi)公司沒有。”中國工程院院士、中國科學(xué)院物理研究所研究員陳立泉告訴記者。
對于企業(yè)來說，新一代動(dòng)力電池還沒進(jìn)入議事日程。動(dòng)力電池企業(yè)環(huán)宇賽爾的技術(shù)部長馮祥明表示，企業(yè)主要做的是產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用研究。“我們主要是對成熟或者接近成熟的材料進(jìn)行應(yīng)用，”馮祥明說：“現(xiàn)在還沒有可以進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的新材料。”
“理論界說話很簡單， 真正工業(yè)化生產(chǎn)很難。”煙臺卓能電池材料有限公司程元?jiǎng)俑笨偨?jīng)理很直白地表示：“ 達(dá)到300Wh/kg 的材料， 現(xiàn)在我還沒看到。”
