5月5日，科技部部長萬鋼在中國電動(dòng)汽車百人會(huì)上強(qiáng)調(diào)，國家將堅(jiān)持發(fā)展電動(dòng)汽車的“四不變”政策，鼓勵(lì)國內(nèi)電動(dòng)汽車廠商積極推動(dòng)我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

電動(dòng)車熱潮也進(jìn)一步拉動(dòng)了動(dòng)力電池市場的增長。據(jù)了解，國內(nèi)主要電池生產(chǎn)商都在積極的擴(kuò)充產(chǎn)能，研發(fā)新品，希望在這一輪新的市場浪潮中“彎道超車”。而作為行業(yè)領(lǐng)頭羊的天能集團(tuán)，更是走在了最前列。“天能的鋰電池業(yè)務(wù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了連續(xù)六年增長，我們接下來會(huì)繼續(xù)加大研發(fā)投入，進(jìn)一步提升電池技術(shù)，降低成本，推動(dòng)我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，”面對(duì)未來，董事長張?zhí)烊螡M懷信心。

電動(dòng)汽車熱潮洶涌，鋰電池尋求破局之道

得益于國家政策的指引，我國電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)近年來發(fā)展迅速，誕生了以比亞迪、奇瑞等為代表的一大批電動(dòng)汽車廠商，產(chǎn)量急速上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2013年我國新能源汽車產(chǎn)量1.75萬輛，同比增長39.7%，其中純電動(dòng)汽車1.42萬輛;新能源汽車銷售1.76萬輛，同比增長37.9%，其中純電動(dòng)汽車銷售1.46萬輛。

而在大力提升產(chǎn)能的同時(shí)，國家也在著手規(guī)范電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)。目前，科技部正在加緊完善電動(dòng)車輛標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，未來1-2年內(nèi)將有100多項(xiàng)涉及行業(yè)和生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)制定推行。工信部也在推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)和汽車行業(yè)的融合應(yīng)用，尋求產(chǎn)業(yè)突破與創(chuàng)新。

電動(dòng)汽車熱潮也刺激了動(dòng)力鋰電池市場的增長，有數(shù)據(jù)顯示，2013-2018年中國動(dòng)力鋰電池產(chǎn)業(yè)將保持26%的年復(fù)合增長率。盡管市場前景看好，但我國鋰電池技術(shù)由于起步較晚，某些核心技術(shù)仍然與國際先進(jìn)水平有一定差距。因此，當(dāng)務(wù)之急，并不是盲目擴(kuò)充產(chǎn)能，而是潛心科研，完成技術(shù)積累，突破技術(shù)瓶頸，以帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的騰飛。

事實(shí)上，現(xiàn)在如日中天的特斯拉，其動(dòng)力電池技術(shù)在電池圈一直是褒貶不一。特斯拉采用的是松下公司生產(chǎn)的18650電池，其動(dòng)力電池包由7000顆小電池組成，這樣做既是出于降低更換成本的考慮，也是鈷酸鋰電池?zé)岱€(wěn)定性差，無法做大的現(xiàn)實(shí)原因。“特斯拉的核心技術(shù)是電控系統(tǒng)，對(duì)電池包的管理研究多時(shí)，單論電池的性能，其使用的鎳鈷鋁三元材料鋰電池與我們使用的磷酸鐵鋰電池各有優(yōu)劣，”從事鋰電池研究多年的天能集團(tuán)副總裁周建中這樣評(píng)價(jià)道。

周建中解釋說，特斯拉采用鎳鈷鋁三元材料作為電池正極材料，屬于鈷酸鋰電池。這種電池的優(yōu)勢在于能量密度高，成本較低，但缺點(diǎn)是在高溫下極不穩(wěn)定。正是因?yàn)榭紤]到這一點(diǎn)，天能集團(tuán)在選擇自己的鋰電池技術(shù)路線時(shí)，特意選擇磷酸鐵鋰作為企業(yè)的技術(shù)發(fā)展方向。盡管磷酸鐵鋰的電池能量密度比鈷酸鋰電池略低，但性能穩(wěn)定，大功率放電好，而且循環(huán)壽命是后者的3-4倍，更經(jīng)濟(jì)環(huán)保。目前，天能研發(fā)生產(chǎn)的磷酸鐵鋰電池充電倍率、放電倍率、加速性能、充電時(shí)間、安全性能等領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異，尤其在零下20度的低溫下放出能量達(dá)到80%以上，遠(yuǎn)超60%的國家標(biāo)準(zhǔn)。

為迎接新一輪的產(chǎn)業(yè)發(fā)展高潮，天能將產(chǎn)業(yè)重點(diǎn)放在了電池技術(shù)的儲(chǔ)備上，依托國家企業(yè)技術(shù)中心、國家級(jí)博士后科研工作站和企業(yè)院士專家工作站等多個(gè)科技創(chuàng)新平臺(tái)，投入巨資進(jìn)行技術(shù)研發(fā)，建立完整的科技研發(fā)體系。據(jù)悉，僅在2013年，天能在電動(dòng)汽車動(dòng)力電池項(xiàng)目上的研發(fā)投入就增長了21%。

低速電動(dòng)車一騎絕塵，超級(jí)電池功不可沒

與電動(dòng)汽車情況截然不同的是，低速電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)對(duì)特斯拉的呼嘯而至反應(yīng)平淡，甚至有些不以為然。“我們與特斯拉并不是競爭關(guān)系，他們定位的是高端人群，而低速電動(dòng)車為城鄉(xiāng)居民的日常出行而生，彼此的目標(biāo)客戶群不同，特斯拉的到來并不會(huì)影響我們的市場，”一位低速電動(dòng)車企業(yè)老總這樣點(diǎn)評(píng)道。

盡管與國家的各種補(bǔ)貼政策無緣，也未能被納入國家新能源汽車產(chǎn)品名錄，甚至連工信部的一紙“準(zhǔn)生證”也沒有，但低速電動(dòng)車卻在逆境中野蠻生長，銷售數(shù)量與銷售增速遠(yuǎn)超高速電動(dòng)車。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅在2013年，我國低速電動(dòng)車的銷售就達(dá)35萬輛，今年更是有望增至50萬輛，低速電動(dòng)車的市場保有量高達(dá)100萬輛。當(dāng)大多數(shù)電動(dòng)汽車廠商還在靠國家高額補(bǔ)貼維持運(yùn)營的時(shí)候，以時(shí)風(fēng)、唐駿、雷丁等為代表的一大批低速電動(dòng)車廠商卻早已掙的盆滿缽滿，甚至出口歐洲創(chuàng)匯。

而低速電動(dòng)車的成功，同樣離不開來自動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)的支持。基于成本控制和電池穩(wěn)定性等原因，低速電動(dòng)車大多采用鉛蓄電池作為動(dòng)力源，但鉛蓄電池比能量低的缺點(diǎn)一直是困擾行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)。研發(fā)出高性能的“超級(jí)電池”，提升低速電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程等核心技術(shù)指標(biāo)，成為低速電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)界最大的渴望。

作為國內(nèi)動(dòng)力電池的領(lǐng)導(dǎo)企業(yè)，天能集團(tuán)早在2009年就與哈工大合作研發(fā)鉛碳“超級(jí)電池”，并于去年取得重大成果，成功解決了負(fù)極析氫、碳材料選型、合膏新工藝等核心技術(shù)難題。2013年10月，這款電池通過工信部驗(yàn)收，正式裝機(jī)使用。

與常規(guī)動(dòng)力電池相比，天能的這款鉛碳“超級(jí)電池”產(chǎn)品性能獲得了極大提升。電池充電時(shí)間縮短為3小時(shí)，最快1小時(shí)充滿電，滿電續(xù)航里程提升到200公里以上，更重要的是，電池使用壽命大大延長，其循環(huán)充放電耐久能力更是高達(dá)10萬次以上。“這個(gè)使用壽命，應(yīng)用到電動(dòng)汽車上，一組電池至少可跑10萬公里。”天能鉛碳電池項(xiàng)目負(fù)責(zé)人陳飛介紹說。

出色的產(chǎn)品性能和先進(jìn)的產(chǎn)品技術(shù)，使天能的鉛碳“超級(jí)電池”備受廠家青睞。目前，天能集團(tuán)已就鉛碳“超級(jí)電池”項(xiàng)目與時(shí)風(fēng)、奇瑞、中輛等國內(nèi)多家汽車制造企業(yè)達(dá)成產(chǎn)業(yè)化合作意向。在今年4月淄博舉行的小型純電動(dòng)汽車創(chuàng)新論壇上，經(jīng)銷商們也紛紛提出了采購需求。

隨著我國動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)技術(shù)的不斷提升，以及新能源電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，我國動(dòng)力電池市場將迎來新一輪的發(fā)展機(jī)遇，天能集團(tuán)在提升生產(chǎn)規(guī)模的同時(shí)，更注重發(fā)展“內(nèi)功”，完善科技研發(fā)體系，加大研發(fā)創(chuàng)新，為即將到來的新一輪新能源市場競爭占得先機(jī)。當(dāng)今的移動(dòng)世界離不開鋰離子電池，這是目前可充電電池的最佳選擇。去年，消費(fèi)者們購買了50億只鋰離子電池，用來給筆記本電腦、照相機(jī)、手機(jī)和電動(dòng)汽車供電。美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室能源存儲(chǔ)聯(lián)合研究中心（JCESR）的負(fù)責(zé)人喬治·克拉布特里（George Crabtree）說，“這是有史以來最好的電池技術(shù)”。不過，克拉布特里的目標(biāo)遠(yuǎn)不止于此。

1991年，索尼公司推出第一款商業(yè)版鋰離子電池，與之相比，如今鋰離子電池的能量密度（單位質(zhì)量所存儲(chǔ)的能量）已經(jīng)是原來的兩倍多，而價(jià)格只有當(dāng)初的1/10。不過，鋰離子電池的能量密度已經(jīng)接近極限。許多研究者認(rèn)為，對(duì)鋰離子電池的改進(jìn)，最多還能將能量密度再提高30%。這意味著，鋰離子電池永遠(yuǎn)不能像一油箱汽油那樣，讓電動(dòng)汽車連續(xù)行駛800千米，也不能讓“電老虎”般的智能手機(jī)續(xù)航許多天。

2012年，JCESR從美國能源部爭取到1.2億美元的資金，用于研究超越鋰離子電池的技術(shù),而亞洲、美洲和歐洲的許多研究團(tuán)隊(duì)和公司都在尋找取代并超越鋰離子電池的新技術(shù)。

鋰–硫電池

2013年初，化學(xué)工程師埃爾頓·凱恩斯（Elton Cairns）認(rèn)為，自己研制出了一種新型化學(xué)電池，只有硬幣大小。到2013年7月，他的電池已在美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室經(jīng)歷了1 500次充放電循環(huán)，而電池容量只損失了一半。這樣的性能，基本可以媲美最好的鋰離子電池了。凱恩斯的電池基于鋰–硫（Li-S）技術(shù)，所使用的材料價(jià)格非常低廉，理論上的能量密度是鋰離子電池的5倍多。

鋰–硫電池的主要優(yōu)勢之一，在于減掉了鋰離子電池的“無效體重”。在一塊典型的鋰離子電池中，多層石墨電極占據(jù)了大量體積，而這些電極基本上只是用來吸附鋰離子。這些鋰離子經(jīng)由電解液，流到多層金屬氧化物電極。和所有電池一樣，電子必須通過外部電路流動(dòng)，來平衡正負(fù)電荷，從而產(chǎn)生了電流。要想給電池充電，則須通過外加電壓來反轉(zhuǎn)電子流動(dòng)，這同時(shí)也會(huì)讓鋰離子回到石墨電極上。

在鋰–硫電池中，一塊純金屬鋰片代替了多層石墨電極。這塊鋰片既是電極，也是鋰離子的來源。電池放電時(shí)，鋰片變??；電池充電時(shí)，它又恢復(fù)原狀。金屬氧化物電極也被更廉價(jià)、更輕的硫所取代。硫吸附鋰的能力更強(qiáng)，每個(gè)硫原子可以結(jié)合兩個(gè)鋰原子，而在鋰離子電池中，結(jié)合一個(gè)鋰原子就需要不止一個(gè)金屬原子。所有這一切使得鋰–硫電池在成本和重量兩方面都具有明顯優(yōu)勢。

一些研究者質(zhì)疑，學(xué)術(shù)界的認(rèn)同未必能轉(zhuǎn)換成商業(yè)上的成功。在實(shí)驗(yàn)室，研究人員通常使用少量硫和大量電解液，這樣比較易于研究，但不能制成高能量密度的電池。在PolyPlus公司（一家制造電池的公司，位于凱恩斯實(shí)驗(yàn)室以西5千米的地方）研究鋰–硫電池超過20年的史蒂夫·維斯科（Steve Visco）說，增加硫和減少電解液會(huì)使電池更容易壞掉，要想以低廉的成本制造出能經(jīng)受住一年四季溫度考驗(yàn)的商品化電池相當(dāng)困難。

至少有一家公司——英國Oxis能源公司——看好鋰–硫電池的前景。該公司聲稱，它們已經(jīng)制造出可以充放電900次的大型鋰–硫電池，能量密度與當(dāng)前的鋰離子電池不相上下。Oxis能源公司正在與美國Lotus工程公司合作，他們希望在2016年前開發(fā)出可用于電動(dòng)汽車的電池，能量密度將達(dá)到400 Wh/kg。

鎂電池

作為世界上最輕的金屬，鋰擁有巨大的重量優(yōu)勢。但一些研究者認(rèn)為，下一代電池應(yīng)該使用更重的元素，比如鎂。每個(gè)鋰離子只能攜帶一個(gè)電荷，而二價(jià)的鎂離子能攜帶兩個(gè)電荷，這意味著可以釋放的電能提高了一倍。不過，鎂也有自己的問題。鋰離子能輕松通過電解液和電極，而攜帶兩個(gè)電荷的鎂離子移動(dòng)速度緩慢，就像是在黏稠的糖漿中穿行。

美國阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的電池研究人員彼得·丘帕斯（Peter Chupas）正在與JCESR合作，他用高能X射線轟擊各種電解液中的鎂，來研究鎂為什么會(huì)受到巨大的阻力。截至目前，他和同事發(fā)現(xiàn)，鎂離子能強(qiáng)烈吸引周邊溶液中的氧，從而吸引一大群溶劑分子，這使得鎂離子變得沉重。

美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的材料科學(xué)家克里斯廷·佩爾松（Kristin Persson）正在用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬潛在新型電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，她正在試圖從大約2 000種電解液中，找到一種更好的電極與電解液的組合，讓鎂離子可以更順暢地通過電解液。

佩爾松和麻省理工學(xué)院的材料科學(xué)家赫布蘭德·塞德（Gerbrand Ceder）成立了Pellion技術(shù)公司，來研發(fā)這種高容量鎂電池。公司對(duì)其進(jìn)展三緘其口，目前只發(fā)表了一篇關(guān)于電極的研究論文。2013年底公開的一大批專利表明，Pellion技術(shù)公司正在研發(fā)更開放的電極結(jié)構(gòu)，幫助鎂離子流動(dòng)。包括豐田、LG、三星和日立在內(nèi)的各大電子產(chǎn)品公司，都在研發(fā)類似的電池，但這些公司也都很少透露相關(guān)進(jìn)展。

氧電池

溫弗里德·維爾克（Winfried Wilcke）自稱是“一個(gè)非常幸福的擁有特斯拉S電動(dòng)汽車的車主”，他說，正是這輛電動(dòng)汽車讓他意識(shí)到電池研究是當(dāng)務(wù)之急。

一開始，維爾克關(guān)注的是高能量密度電化學(xué)存儲(chǔ)的理論極限——鋰與氧氣的氧化反應(yīng)。與其他類型的電池相比，這種“會(huì)呼吸的”鋰–氧電池有巨大的重量優(yōu)勢，因?yàn)槠渲幸环N主要反應(yīng)原料——氧氣，不必再裝載到電池中。理論上，鋰–氧（Li-O）電池的能量密度可以媲美汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，比現(xiàn)今電動(dòng)汽車電池的能量密度高10多倍。

在駕駛著他的特斯拉S電動(dòng)汽車行駛了22 000多千米之后，維爾克對(duì)這輛汽車的電池所提供的400千米的續(xù)航能力感到滿意。他說，真正的問題是錢，電動(dòng)汽車的電池成本在每千瓦時(shí)500美元以上，“電動(dòng)汽車不被大眾接受的真正原因，不是能量密度，而是價(jià)格”。所以，維爾克現(xiàn)在更看好一種基于鈉的、更便宜的燃料電池。根據(jù)理論預(yù)測，鈉–氧（Na-O）電池的能量密度是鋰–氧電池的一半，不過，這已經(jīng)比鋰離子電池高出5倍了，而且，鈉比鋰更便宜。因此，維爾克滿懷希望地說，鈉–氧電池的成本或許可以接近每千瓦時(shí)100美元，這正是JCESR等研發(fā)機(jī)構(gòu)認(rèn)為消費(fèi)者能夠承擔(dān)得起的價(jià)格。