為什么鋰電池安全性的負(fù)面影響就如此引人關(guān)注呢?
因?yàn)?a href="http://www.pdszhhs.com">電池帶的電量變少,電機(jī)功率下降,出的力反而不變,所以電動汽車一定不能加很多的電池能量。帶比較多的能量長距離行駛,會帶來五個副作用,所以電池能量越加大的時候,帶來的副作用越大,就越被動。”
因而作為該領(lǐng)域內(nèi)研究多年的專家,王子冬主任表示,其實(shí)用鋰電池做電動汽車能量載體的時候,業(yè)內(nèi)專家學(xué)者早就知道鋰電池即便達(dá)到了“天花板”,也注定不能替代燃油車。“所以我們政府在推這個新能源汽車的時候,更多強(qiáng)調(diào)電動化,即“電驅(qū)動化”,而不是“電池化”,不是靠加多少電池讓車走多遠(yuǎn),因?yàn)殇囯姵氐陌l(fā)展存在比較低的天花板。但是我們?nèi)詧?jiān)持電驅(qū)動化,是因?yàn)殡姍C(jī)的驅(qū)動效率遠(yuǎn)高于發(fā)動機(jī)的驅(qū)動效率,電機(jī)的平均效率可以超過80%。所以最終的方案是要解決電從哪兒來?而不是說一定要用電池,因?yàn)殡姵亟M的能量密度是永遠(yuǎn)不可能跟燃油抗衡的。”
動力電池很冤,鋰電池都是“被點(diǎn)燃”的
從技術(shù)層面來看,今年參與召回的很多電動汽車,主要原因都與動力電池的自燃事故有關(guān)。
而王子冬主任在講演現(xiàn)場表示,其實(shí)公允地看,燃油車的自燃事故相較于電動汽車車型而言并不見少,這并非為電動汽車開脫,畢竟無論從保有量還是從可發(fā)生自燃的事件概率來看,確實(shí)還是傳統(tǒng)燃油車更在數(shù)量上占有較大比重。
那么為何對于電動汽車安全性的負(fù)面影響就如此引人關(guān)注呢?
王子冬主任用感冒和非典做了一個較為明顯易懂的比喻:“2003年的SARS我們都經(jīng)歷過,但是真正死去的人數(shù)量或許只有一二百個人,然而全世界每年患感冒死的人單位則是數(shù)以萬計(jì)的,可我們從來沒有聽到過誰得了感冒會很害怕的。那么為什么我們對SARS這么恐慌呢?這是因?yàn)镾ARS沒有藥可治,感冒卻有藥,盡管感冒的并發(fā)癥更多,但我們都有恃無恐。”
在他看來,電動汽車和燃油車也一樣,外界都知道燃油車出事是燃油車燃油泄露且遇明火導(dǎo)致,而不會無故自燃。但是電動車如果出著火事故原因很多,難以說清,就和SARS一樣,也沒有很好的解決措施。“因而在沒有完全掌握鋰電池著火規(guī)律之前,把控能量密度與安全性和長壽命的平衡關(guān)系,是我們不能忽視的問題。”
其實(shí)鋰電池是不穩(wěn)定的,它的特性天生就是個“爆脾氣”,這是圈內(nèi)從業(yè)者的共識,但著火的核心問題其實(shí)更多的則是出在電解液上。“因?yàn)槿菀字鸬木褪请娊庖?,它是有機(jī)溶劑。”所以如果按照王子冬主任的理論來看,電解液其實(shí)只是“燃料”,而真正的引發(fā)著火的“罪魁禍?zhǔn)?rdquo;大家都還是在猜測。
而立足于對今年召回的很多電動汽車的調(diào)查研究,王子冬主任指出,很多電動汽車自燃問題看似出自電池本身,但是很多時候其實(shí)內(nèi)置的動力電池是“被點(diǎn)燃”的。
“比如充電方法不好、電池設(shè)計(jì)不合理、熱管理不好,散熱不好,都會導(dǎo)致電池被點(diǎn)燃,或者像“前途K50”跑車這種,它的電池就一定要適合大電流放電,否則就容易被著火。所以鋰電池其實(shí)很冤,媒體最好不要總是向外界說電池著火,其實(shí)電池是‘被著火’。”
市面上的充電原理全錯了
在進(jìn)一步論證解釋電池是被“點(diǎn)燃”的之前, 王子冬主任指出, 電池容易出現(xiàn)的安全性問題,多數(shù)體現(xiàn)在以下幾個過程中。
首先是電芯的制造過程中,往往比較多見,諸如三星、LG等國際著名的鋰電池生產(chǎn)工廠在制造過程中也著過火;然后是在電池組集成過程中,電池裸露在外面,集結(jié)成組的過程中容易出現(xiàn)問題;再來就是在儲存過程中,而鑒于鋰電池制造工藝的苛刻要求,電池多數(shù)都需要一個出庫前的存儲階段,經(jīng)由這個階段,電壓衰減更快的不好的電池會被篩選掉,然而存儲過程中當(dāng)瑕疵迅速變大,也就容易出現(xiàn)著火等大型事故;還有就是在運(yùn)輸過程中,有一個案例就是在長時間的復(fù)雜下坡路段上,因?yàn)閯x車系統(tǒng)經(jīng)常摩擦導(dǎo)致輪轂溫度升高,也結(jié)果將車上運(yùn)輸?shù)碾姵攸c(diǎn)著。最后則是在回收以及材料提煉的時候,由于某些處理方式不當(dāng),將會對環(huán)境產(chǎn)生更大的威脅。
當(dāng)然更多的時候,與用戶發(fā)生關(guān)聯(lián)的情況,還是在使用過程中,具體則是在充電過程中發(fā)生自燃。
“但是我們可以看到,現(xiàn)在市面上所有的充電器,原理全錯了。而這個原理有點(diǎn)像早晚高峰坐地鐵,離子的移動是靠后面的電動勢以‘推’的方式推進(jìn)負(fù)極,將鋰離子逼出枝晶。而鋰電池自1970年發(fā)明的時候,其實(shí)起名就叫‘搖椅電池’,簡而言之需要鋰離子在正負(fù)極之間(借助電解液)來回的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)電池的充放電過程,而沒有像其它電化學(xué)電池那樣發(fā)生氧化還原反應(yīng),所以它的充電方式本應(yīng)是牽引式充電,而非后‘推’式的。”
▲“搖椅電池”的基礎(chǔ)化學(xué)性充電原理
用前言所述的早晚高峰“擠地鐵”比喻也很明晰,因?yàn)橐坏┤顺霈F(xiàn)單方向推和擠,則必然會出現(xiàn)后面的人想進(jìn)、前面將要下車的人而不愿意往里面走的問題,而鋰離子在元素周期表中又十分活躍,當(dāng)鋰離子之間因?yàn)?ldquo;推擠式充電”而離得太近的話,則會變成鋰元子,都會堵在“電池的負(fù)極門口”發(fā)生不可逆反應(yīng),且前、后就有很多“阻力”,使得離子遷移通道不通,,就非常容易出現(xiàn)較大的問題。
沒有充分驗(yàn)證導(dǎo)致事故頻發(fā)
跳出純技術(shù)層面,王子冬主任分析當(dāng)前多數(shù)國產(chǎn)電動汽車發(fā)生事故的外部原因時提到,主要是沒有實(shí)現(xiàn)對于新技術(shù)的充分驗(yàn)證
“補(bǔ)貼政策一年一調(diào)整,補(bǔ)貼的錢數(shù)逐年減少是正常的,但不能在減錢的同時也頻繁的調(diào)整指標(biāo)要求,因?yàn)闆]有多少國內(nèi)新能源汽車生產(chǎn)企業(yè)能跟得上,而多數(shù)情況下他們又都想趕著拿補(bǔ)貼,可是合理地驗(yàn)證一項(xiàng)新技術(shù)需要很長的周期,所以很多項(xiàng)目沒有充分驗(yàn)證,產(chǎn)品就開始使用了。”
同時他還引用相關(guān)事實(shí)說明,國外對于新技術(shù)做實(shí)驗(yàn)會做600或700項(xiàng),需要18-24個月,而我們國家原來制定的門檻測試標(biāo)準(zhǔn),包括測量長度、外觀、重量等數(shù)據(jù)的測試實(shí)驗(yàn),總共統(tǒng)計(jì)只有32項(xiàng)。現(xiàn)在執(zhí)行的新標(biāo)準(zhǔn)增加了許多內(nèi)容。
除此以外,國內(nèi)主機(jī)廠(整車企業(yè))對電池廠提出要求的不確定性和相對盲目性,同樣是導(dǎo)致事故多發(fā)的重要誘因,“寶馬當(dāng)初向CATL(寧德時代)提出的電池要求,有整整一本書,而我們國內(nèi)的很多整車企業(yè)對電池廠提出的要求,可能往往只有半頁紙。”
有鑒于上述內(nèi)容,王子冬主任個人認(rèn)為:“實(shí)事求是地看,其實(shí)國內(nèi)在新能源汽車領(lǐng)域,同國外某些知名品牌的技術(shù)儲備以及發(fā)展的差距其實(shí)并非不斷縮小,而是在逐漸加大,因?yàn)槲覀冊诩缮蠟榱诉_(dá)到能量密度的指標(biāo)要求‘做減法’,而國外則是在為了提高產(chǎn)品的安全性、可靠性‘做加法’。而重視評價(jià)和驗(yàn)證最核心的意義在于,要通過這些評價(jià)來對發(fā)生的這些問題找到最為合理的管控方式。在王子冬主任看來,前途公司在當(dāng)前國內(nèi)的電動汽車發(fā)展大潮中,是有獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢的,這種優(yōu)勢既反映在敢于在初始階段就以跑車起步的膽識,也體現(xiàn)在“前途”公司方面堅(jiān)持分模塊的動力電池系統(tǒng)集成技術(shù)的理念上。
同時王子冬主任還認(rèn)為,前途”公司電池系統(tǒng)的分箱集成設(shè)計(jì),為其應(yīng)對將來可能出現(xiàn)的問題準(zhǔn)備了條件。“其實(shí)電池的分箱集成是很難的,很多企業(yè)也想這樣做。但分箱以后會使箱體的尺寸變大,需要相當(dāng)大多的技術(shù)儲備來消化和解決這些問題。而我看到前途汽車實(shí)際上為進(jìn)一步提高行駛里程還預(yù)留了空間,至少在現(xiàn)在基礎(chǔ)上還有可以再提高一百多公里的可能性,這個事看起來很小,但是不容易,因?yàn)檐嚿嫌袆偠葐栴},越大的箱子解決剛度就越難。”
同時動力電池組也是非常復(fù)雜的能量系統(tǒng),在每天生產(chǎn)幾十萬個電池的批量之下,一但要找出幾個不合格的電池,將比重做一天的電池量的成本還高。而前途K50在電池生產(chǎn)上始終遵循供應(yīng)商一致性原則,這在王子冬主任的理解之中,相對于國內(nèi)其他對于電池控制策略認(rèn)知不足,而誤認(rèn)為“可一以待之”的主機(jī)廠而言,不“朝三暮四”的前途能做到從一個電池的安全和循環(huán)壽命,再到系統(tǒng)的安全管控及熱管理等方面,一直從可靠性、安全性較高的重視角度去管理,這就很難能可貴了。
再加上前途電池的管理系統(tǒng)-BMS,可監(jiān)控每一個電池箱全壽命周期內(nèi)的電池?cái)?shù)據(jù),同樣也能為電池的故障診斷提供較為高效的數(shù)據(jù)支持。
綜合上述諸多內(nèi)容來看,其實(shí)外界似乎會覺得,相較于傳統(tǒng)燃油車而言,電動汽車目前因?yàn)榘l(fā)展不完善而在客觀上存在諸多劣勢,那么為什么國家仍然堅(jiān)持一定要大力發(fā)展汽車電動化事業(yè)?
按照王子冬主任的說法,這或許主要是源于對改變能源依賴現(xiàn)狀的不安全性考量。
“中國要從大國走向強(qiáng)國,該怎么走?在傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域中,目前似乎發(fā)現(xiàn)幾乎沒有任何超越的希望,用市場換技術(shù)換了三十多年,換來更多的技術(shù)了么?非??陀^地講,我們現(xiàn)在的很多整車企業(yè)仍然不會自主設(shè)計(jì)汽車,像吉利還是靠收購沃爾沃來提升自己,比亞迪靠跟奔馳合作提升了電動汽車的制造技術(shù),華晨靠與寶馬合作也是如此,國內(nèi)的車企很多都在走合資的道路,但合資過后他們真的會設(shè)計(jì)汽車了么?一汽設(shè)計(jì)了紅旗,花了近似于天文數(shù)字的錢,結(jié)果呢?說實(shí)話前些年賣得非常不好。”
三元鋰電池的發(fā)展勢頭之所以如此迅猛,背后靠的是國家對新能源汽車補(bǔ)貼政策的不斷調(diào)整變更的因素。對比2017年新能源汽車補(bǔ)貼政策,2018年補(bǔ)貼在乘用車方面不僅重新劃分了續(xù)駛里程區(qū)間,還對動力電池的能量密度通過系數(shù)變化和調(diào)檔的方式提出更高的要求,對于百公里電耗量系數(shù)也分檔進(jìn)行劃分,同時,電池能量密度系數(shù)可以與百公里電耗系數(shù)疊加。
磷酸鐵鋰電池曾是中國新能源汽車市場上的主流,雖然其充放壽命長,但電池系統(tǒng)的能量密度只在100Wh/kg左右,而三元鋰電池能量密度最高能達(dá)到330Wh/kg,隨著消費(fèi)者對電動汽車?yán)m(xù)航里程的需求不斷提高,且具有電池能量密度優(yōu)勢的三元鋰電池預(yù)計(jì)將進(jìn)一步取代磷酸鐵鋰電池市場。
產(chǎn)能有望達(dá)到200億GWh,行業(yè)未來千億規(guī)模
隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程逐步深入,全球各國及重點(diǎn)企業(yè)均加大力度發(fā)展動力電池產(chǎn)業(yè),基于新材料和結(jié)構(gòu)的高比能動力電池技術(shù)已經(jīng)成為各國競爭焦點(diǎn),大力提升目前車用動力電池安全性、壽命、低溫特性,降低成本是產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展的方向。
在美國、日本、歐洲和韓國等國家/地區(qū)科技規(guī)劃以及重點(diǎn)企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃中多次提及新體系結(jié)構(gòu)車用動力電池技術(shù),重點(diǎn)關(guān)注高性能電池材料、高性能鋰離子動力電池(致力于壽命、能量密度和安全性提升)、高性能電池包、電池管理系統(tǒng)、熱管理、電池標(biāo)準(zhǔn)體系、下一代鋰離子動力電池、鋰金屬電池、電池梯級利用及回收技術(shù)、電池生產(chǎn)制造技術(shù)及裝備等。
我國動力鋰電池產(chǎn)業(yè)從無到有,從小到大,發(fā)展很快,在國家科技項(xiàng)目的重點(diǎn)支持下,中國動力鋰電池關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵材料和產(chǎn)品研究已經(jīng)取得重大進(jìn)展。雖然小容量功率型動力鋰電池技術(shù)和產(chǎn)品與國外相比仍有一定差距,但大容量動力鋰電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展已經(jīng)處于國際領(lǐng)先水平。單體動力電池的特性,已經(jīng)具備推廣應(yīng)用的條件。動力鋰電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到產(chǎn)業(yè)化建設(shè)和推廣應(yīng)用的關(guān)鍵階段。動力鋰電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程已經(jīng)處于國際領(lǐng)先地位。
需求越大,發(fā)展前景越有潛力,尤其對于新能源有關(guān)的產(chǎn)品,比如說動力電池。鋰電池未來幾年的發(fā)展前景如何?2015年動力型鋰電池市場占比達(dá)47%,到了2016年達(dá)到了52%。而消費(fèi)型的鋰離子電池市場占比持續(xù)下滑,在2016年大約是42%。儲能型鋰電池在光伏分布式應(yīng)用和移動通信基站儲能電池領(lǐng)域的應(yīng)用不斷擴(kuò)大。2016年占比達(dá)到6%。
通過這些數(shù)據(jù)可以看得出來。鋰電池,它的應(yīng)用領(lǐng)域和占比都是在不斷變化的。未來的前景重點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)該集中在電動工具,新能源汽車,輕型電動車和能源存儲系統(tǒng)等等。這些領(lǐng)域內(nèi)的產(chǎn)業(yè)規(guī)模,在未來幾年應(yīng)該會保持成倍的增長趨勢。
一、鋰電池的優(yōu)勢導(dǎo)致它不斷增長新能源汽車的大力發(fā)展,也帶動了鋰電池行業(yè)的深度發(fā)展,動力鋰電池在電池比例中不斷升高。因?yàn)殇囯姵睾蛡鹘y(tǒng)電池相比優(yōu)勢比較大,他們在相同體積下鋰電池容量更大,生產(chǎn)使用回收過程都更加的綠色環(huán)保。
二、新能源汽車數(shù)量的增加,導(dǎo)致鋰電池供不應(yīng)求。在2017年,中國的電動汽車產(chǎn)量達(dá)到65萬輛。到2018年,這個數(shù)據(jù)仍然在持續(xù)上漲。這一結(jié)果直接導(dǎo)致鋰電池需求猛增。尤其是動力鋰電池,市場潛力巨大。三、新技術(shù)的整合利用,提升利用率。隨著新技術(shù)的開發(fā)與研究。石墨烯納米材料等一些先進(jìn)的材料設(shè)備不斷完善和鋰離子電池的研發(fā)加速融合。它的應(yīng)用領(lǐng)域,也越來越廣泛。
















