中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：新能源汽車的發(fā)展離不開動(dòng)力電池的進(jìn)步。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，中國(guó)已形成從上游資源開發(fā)，到中游生產(chǎn)設(shè)備制造，再到下游鋰電池應(yīng)用的完善鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈，但電池成本高、能量密度低、續(xù)航里程短等難題依然待解。
中國(guó)與國(guó)際上其他國(guó)家相比，動(dòng)力電池技術(shù)水平差距何在？電池自動(dòng)化和電池一致性之間有何關(guān)系？哪種電池安全性更好？電池的回收利用前景如何？圍繞上述問(wèn)題，記者專訪了山東玉皇新能源科技有限公司首席科學(xué)家、國(guó)家“千人計(jì)劃”特聘專家薛嘉漁。
鋰電生產(chǎn)需要自動(dòng)化
記者：您研究鋰離子電池20多年，從國(guó)外到國(guó)內(nèi)，您認(rèn)為做好鋰離子電池安全的根本是什么？
薛嘉漁：鋰離子電池發(fā)展至今已有25年了。前20年主要應(yīng)用領(lǐng)域局限于小電器(手機(jī)、手提電腦等)。其安全性一直沒有完全解決。近幾年來(lái)，隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展，鋰電的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的高潮。
不少企業(yè)一窩蜂涌入這個(gè)行業(yè)。但是最后能存活下來(lái)的，一定是那些能夠把品質(zhì)做好的企業(yè)。要談電池的安全性，首先要確保電池性能的一致性，否則電池的安全性就無(wú)從談起。
我們都知道特斯拉用的是18650電池，這是鋰電界的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，此前主要應(yīng)用于手提電腦產(chǎn)品中。特斯拉用成千上萬(wàn)塊18650電池組裝在汽車上作為動(dòng)力電源。這么多電池組裝在一起，每個(gè)電池有2個(gè)焊線(正負(fù)極各一個(gè))，這樣就會(huì)有大量的連接線頭，其中任何一個(gè)焊接頭松動(dòng)就會(huì)造成這塊電池喪失功能。為什么特斯拉要用18650電池呢？盡管這款電池不是專為電動(dòng)汽車做的，但是18650電池是行業(yè)間最古老的產(chǎn)品，或行業(yè)標(biāo)桿。它具有相對(duì)完備的安全防護(hù)體系和較佳的產(chǎn)品一致性。如果大容量動(dòng)力單體電池能夠做到18650的一致性，人們當(dāng)然會(huì)采用大容量動(dòng)力電池，這樣就可以減少焊點(diǎn)數(shù)，提高可靠性。
記者：目前中國(guó)鋰電池的使用壽命并不樂(lè)觀，您怎么看？
薛嘉漁：舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，中國(guó)張北的風(fēng)光儲(chǔ)輸示范站，其中安裝的儲(chǔ)能電池，包含了國(guó)內(nèi)知名的各鋰電廠家生產(chǎn)的電池，經(jīng)過(guò)4—5年的運(yùn)行，其中電池差不多已經(jīng)換了一茬了。這就是說(shuō)，普通鋰電池的壽命目前還是不能很好地滿足儲(chǔ)能應(yīng)用的需求。這樣的鋰電用在一輛電動(dòng)車上，要求5—8年內(nèi)不替換電池是幾乎做不到的。
記者：在動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域，中國(guó)和國(guó)際上差距大嗎？
薛嘉漁：全世界的鋰電生產(chǎn)主要在亞洲，在亞洲是三足鼎立局面——日、韓、中。中國(guó)和日韓技術(shù)上較大的差距主要是在自動(dòng)化以及對(duì)電池化學(xué)扎扎實(shí)實(shí)的研究方面。此前，手機(jī)用鋰電池的生產(chǎn)中國(guó)廠家無(wú)法與日韓相比，其中差距主要在電池生產(chǎn)的自動(dòng)化方面。自動(dòng)化電池生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品一致性通常優(yōu)于手工或所謂“關(guān)鍵工藝部位自動(dòng)化”的產(chǎn)品。產(chǎn)品一致性好，相對(duì)安全性就比較高
現(xiàn)在隨著動(dòng)力電池市場(chǎng)的興起，對(duì)產(chǎn)品一致性提出了比小電池更高的要求。這對(duì)于中國(guó)鋰電企業(yè)的升級(jí)換代是一個(gè)推動(dòng)，同時(shí)也是一線生機(jī)。中國(guó)政府大力支持電動(dòng)車及儲(chǔ)能是一大利好。中國(guó)鋰電企業(yè)一定要抓住這次機(jī)會(huì)。在中國(guó)做動(dòng)力電池，資金充裕，所以自動(dòng)化鋰電生產(chǎn)成為可能。
記者：電池的一致性和電池生產(chǎn)自動(dòng)化之間有必然關(guān)系嗎？
薛嘉漁：這是肯定的。鋰電生產(chǎn)需要自動(dòng)化，而且是全自動(dòng)化優(yōu)于半自動(dòng)。比如在半自動(dòng)生產(chǎn)線電池的搬運(yùn)過(guò)程中，電池可能不小心掉在地上，造成表面看不出來(lái)的內(nèi)傷，會(huì)對(duì)電池的性能造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。鋰電生產(chǎn)過(guò)程中，人是最可變的因素，但自動(dòng)化機(jī)器在正常運(yùn)作的情況下是基本不變的。所以只有自動(dòng)化做鋰電才能最大限度地提高產(chǎn)品的一致性。
記者：現(xiàn)在國(guó)家倡導(dǎo)工業(yè)4.0，自動(dòng)化已經(jīng)被很多企業(yè)所采納。
薛嘉漁：在自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，光有先進(jìn)的設(shè)備不見得就能做出好的電池產(chǎn)品。比如從日本進(jìn)口了全套設(shè)備，卻做不出和日本同樣質(zhì)量的電池，必須有一支懂得如何使用自動(dòng)化設(shè)備的工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)。除此之外，公司上層管理人員的管理理念都必須改變?，F(xiàn)在自動(dòng)化生產(chǎn)的成本還是很高的。它可以高效地作出合格產(chǎn)品，也可以高效地做出不合格的次品。目前國(guó)內(nèi)的廠家能做到全自動(dòng)化生產(chǎn)或無(wú)人車間的企業(yè)并不多。中國(guó)不少大型企業(yè)、集團(tuán)投資了很多錢上自動(dòng)化生產(chǎn)線，投資并不是問(wèn)題，問(wèn)題在于是否有懂得如何建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)自動(dòng)化生產(chǎn)線等的技術(shù)與管理人才以及一套完備的公司體系。
鈦酸鋰電池或?qū)⒛嬉u
記者：現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外常見報(bào)道一些電動(dòng)汽車電池爆炸的案例，鋰電領(lǐng)域哪種電池安全性相對(duì)較好？
薛嘉漁：現(xiàn)在的鈦酸鋰電池是鋰電中壽命最長(zhǎng)、安全最高的電池。論生命周期，普通鋰離子電池約為1000—2000次循環(huán)，鈦酸鋰則是1—2萬(wàn)次循環(huán)，是前者的10倍。此外，鈦酸鋰電池有優(yōu)異的功率特性及高低溫性能，唯一不足是能量密度偏低。此前，業(yè)內(nèi)還擔(dān)心鈦酸鋰電池的脹氣問(wèn)題，這一問(wèn)題從技術(shù)上早已得到妥善解決。鈦酸鋰電池的批量生產(chǎn)技術(shù)也已成熟，只是很多鋰電企業(yè)目前還沒有真正掌握批量生產(chǎn)鈦酸鋰電池的技術(shù)要領(lǐng)。
當(dāng)然，片面強(qiáng)調(diào)鈦酸鋰材料的安全性也不對(duì)。整個(gè)電動(dòng)車動(dòng)力系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其中任何一部分沒做好都能產(chǎn)生安全事故。
記者：那么鈦酸鋰電池的主要應(yīng)用領(lǐng)域在哪呢？
薛嘉漁：鈦酸鋰電池在新能源汽車中有一定的市場(chǎng)份額但不太容易成為主流產(chǎn)品，因其能量密度低。但在儲(chǔ)能領(lǐng)域很有潛力，因其對(duì)重量的要求相對(duì)較低。如果我們考慮鈦酸鋰電池的全壽命周期低成本，這項(xiàng)技術(shù)還是很有吸引力的。對(duì)比現(xiàn)在的鋰離子儲(chǔ)能電池，大約3—5年換一茬，鈦酸鋰電池的壽命就算是其5倍，那就是15年。期間換電池的成本、停機(jī)調(diào)試維修、新舊電池混用可能產(chǎn)生的麻煩等，使用鈦酸鋰電池在這些方面的費(fèi)用節(jié)省是很可觀的。電池不管是用做汽車動(dòng)力還是做儲(chǔ)能，最根本的性能要求是一致性好、性價(jià)比高。
記者：其他類型的電池呢，比如鋰空電池、全固態(tài)電池以及石墨烯電池？
薛嘉漁：現(xiàn)在鋰空電池與全固態(tài)電池還有很多實(shí)驗(yàn)室的課題需要解決，距離產(chǎn)業(yè)化還有距離。石墨烯電池的所謂優(yōu)越性能是有人將這種材料的某些特性通過(guò)理論計(jì)算后放大出來(lái)的，難以服人。
回收利用難
記者：關(guān)于動(dòng)力電池回收或梯次利用，目前業(yè)內(nèi)對(duì)此看法不一。有人認(rèn)為可以梯次利用，避免浪費(fèi)，但也有人認(rèn)為不具有可操作性。您如何看？
薛嘉漁：坦白講，我對(duì)梯次利用不太看好。原因是各家電池都不一樣，一致性也不同，電池生產(chǎn)、使用的歷史都不一致的情況下，要想把這些電池整合到一起利用絕非易事。
記者：沒有辦法對(duì)電池一致性進(jìn)行測(cè)試嗎？
薛嘉漁：有，但很難！一致性好，是指全生命周期循環(huán)的一致性或動(dòng)態(tài)一致性。具體地說(shuō)，就是一組電池在實(shí)際的長(zhǎng)時(shí)間使用期間內(nèi)要求所有電池的容量和內(nèi)阻保持一致，起碼在一條狹窄的帶內(nèi)沒有發(fā)散。但在現(xiàn)實(shí)情況中，一組電池在某一未知的時(shí)刻可能會(huì)有一塊或幾塊電池發(fā)生不同程度的容量衰減或內(nèi)阻升高。這樣在充電時(shí)，同樣對(duì)整組電池適用的平均電量就會(huì)對(duì)容量已衰減了的電池造成過(guò)充，這是可以造成起火或爆炸的安全隱患。所以，整組電池的充電量取決于最差的那塊電池。
電池組中每一塊電池的一致性都很重要。要把很多不同使用歷史、廠家生產(chǎn)日期、正負(fù)極原材料配方等都不完全清楚的電池放在一起使用，那可能是一場(chǎng)惡夢(mèng)。盡管可以通過(guò)電源管理系統(tǒng)(BMS)做一些調(diào)控，但調(diào)控能力是有限的。舊電池的安全性是一個(gè)難以保證的課題。
記者：那用過(guò)的電池作為資源來(lái)回收呢？
薛嘉漁：在之前鋰電池回收中，主要有回收價(jià)值的元素是鈷和鎳。國(guó)家鼓勵(lì)加強(qiáng)資源的回收利用，未雨綢繆沒有錯(cuò)。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，資源回收使整個(gè)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈形成一個(gè)閉環(huán)，是有利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的。但從商業(yè)角度來(lái)說(shuō)，回收利用是一項(xiàng)難以盈利的業(yè)務(wù)。國(guó)家可能必須對(duì)資源回收利用給予相應(yīng)的補(bǔ)貼，或從產(chǎn)業(yè)鏈的某些高利潤(rùn)的環(huán)節(jié)扣留一部分利潤(rùn)來(lái)補(bǔ)貼電池回收企業(yè)，以保持鋰電產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)環(huán)境保護(hù)與和諧。
