關于下一代電池開發(fā)方向詳解
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-31 20:32
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電池安全放首位
作為電動汽車核心部件的動力電池，不僅關系到主機廠電動汽車產(chǎn)品的競爭力，更與消費者的駕車出行安全息息相關。“要用成熟安全的電池，發(fā)展安全節(jié)能減排的電動汽車。”7月10日，在首屆中國國際電動汽車安全技術創(chuàng)新大會上，中國工程院院士楊裕生強調(diào)。
在楊裕生看來，電動車頻繁發(fā)生燃燒事故的原因主要有四點。
首先是電池技術原因，由于鋰離子電池都含有易燃溶劑，因此沒有絕對安全的電池。
其次是新能源汽車發(fā)展路線的原因。國家重點發(fā)展長里程純電動車的發(fā)展路線引發(fā)了里程焦慮、安全焦慮、充電焦慮、價格焦慮、后續(xù)電池焦慮。楊裕生認為，電池組自燃概率除了與電池本性有關外，還與電池總量成正比，里程越長需要裝的電池越多，電池組燃燒概率越高，純電動車追求長里程的發(fā)展路線，是燒車頻發(fā)的誘因之一。
此外，國家的補貼政策與純電動里程掛鉤，車企追求“多裝電池追補貼”，而過于追求能量密度則誘導企業(yè)追逐高能電池。“雙掛鉤”補貼政策導致電池過度多裝和急促高能化，從而使得安全性下降。
最后，楊裕生指出，目前電動車發(fā)展抓不住主要矛盾和矛盾的主要面。“現(xiàn)在把里程作為矛盾的主要方面，不顧安全，拼命不斷提高里程要求，安全性作為次要方面，這是頻發(fā)燒車的思想方法原因，這也是造成發(fā)展路線、政策、技術發(fā)生問題的根源。”
中國動力電池創(chuàng)新聯(lián)盟副秘書長、中國電動汽車充電基礎設施充電聯(lián)盟副秘書長王子冬同樣認為，新能源汽車安全事故主要由動力電池熱失控所引起，但熱失控僅僅是結果，熱失控原因錯綜復雜，事故源頭難以明確。
在理論上，電池能量密度與安全性成反比，企業(yè)盲目追求高能量密度，安全問題也會隨之暴露。雖然未能明確已發(fā)生的起火事件與追求能量密度存在多大相關性，但隨著高鎳三元電池進入市場，新能源汽車面臨更高的安全技術要求。
從安全技術角度來看，清華大學鋰離子實驗室主任何向明認為，動力電池起火主要原因是產(chǎn)品可靠性不高。
“電池產(chǎn)品測試驗證嚴重不足，測試周期不足，測試手段不完善，很多工廠一生產(chǎn)可能馬上就出廠了。” 何向明指出，很多電池廠根本不考慮電池這種產(chǎn)品的可靠性，電池在很多人的概念里邊就是實驗室的電池，不是一個工業(yè)產(chǎn)品的電池，在整個研究中行業(yè)中，實際可靠性的研究非常少。
但目前動力電池汽車起火原因未明，究竟是生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制？還是后期使用中出現(xiàn)的問題？抑或是什么樣的場景下出現(xiàn)問題？王子冬認為，這些問題現(xiàn)在都還說不清楚。
動力電池路線之爭
面對電動汽車安全問題，楊裕生提議用增程技術解決安全與里程矛盾。具體的技術路線包括以微小型純電動車為突破口，純電動車微小型，大中型車發(fā)展純電驅(qū)動的增程式。
“微小型純電動車可以用鉛酸電池做低速車，也可以用磷酸鐵鋰電池做高速車；增程式電動車可解純電動車五大焦慮，特別是安全焦慮，市場化最可行。” 楊裕生表示。
當然，頻繁發(fā)生的電動汽車起火事故也引發(fā)磷酸鐵鋰電池和三元電池的發(fā)展路線之爭。
“磷酸鐵鋰電池和三元電池一直在爭，爭奪的就是成本、安全和能量密度。我們必須承認電池組是一種很高能物質(zhì)的部件，具有危險的本質(zhì)，說這個電池一點危險都沒有，這是不可能的。”王子冬指出，“隨著電池比能量和比功率提高，發(fā)生安全事故的危險也增大，這是有一定的關聯(lián)度的，所以我們要選擇一個平衡的優(yōu)化。”
據(jù)了解，磷酸鐵鋰電池的特點在于安全性高，高倍率充放電特性和較長的循環(huán)壽命，但是能量密度不如三元電池；而三元電池能量密度高，一致性好，低溫性好，但是安全性差，循環(huán)壽命不如磷酸鐵鋰電池。
“車載動力電池不僅僅是重量比能量，更重要的是體積比能量，體積比能量才決定了車真正能跑多遠，從這個意義上來看，鋰離子電池是有優(yōu)勢的。”歐陽明高認為，固態(tài)鋰離子電池的應用還需要再等幾年。
歐陽明高指出，隨著補貼的退出，磷酸電池在轎車市場中的規(guī)模將大幅上升，尤其是以比亞迪為代表的整車企業(yè)，將會以磷酸電池為重點，雖然能量偏低一點，但是系統(tǒng)比能量差距更大；另外，壽命大概提高一倍，現(xiàn)在已經(jīng)可以將成本控制在5毛錢以內(nèi)，比三元電池低多了。
“綜合來看磷酸電池會大幅回升，但是三元電池仍然是我們的重點，未來需要把安全的平衡點從三元電池的1：1：1，或者5：2：3提升到8：1：1，也就是八元熱電池。”
在未來電動汽車發(fā)展方向上，歐陽明高建議城市出行發(fā)展小型電動車，大中型電動車使用純電型插電式——發(fā)展可以外接充電的混合動力，城區(qū)出行選擇純電動，高速長途使用單電機并聯(lián)聯(lián)合混動。
在電池工藝上，目前CATL、松下、三星SDI、孚能科技、萬向A123、微宏動力等鋰電池行業(yè)新舊勢力計劃在2022年之后導入疊片工藝的計劃。蜂巢能源也在7月9日正式推出方形疊片電池，并在動力電池技術路線上，基于NCM三元獨立發(fā)展四元電池、無鈷電池、固態(tài)電池等多種路線。
對于下一代車規(guī)級動力電池，清華大學安全與節(jié)能國家重點實驗室主任盧蘭光直言：“卷繞工藝優(yōu)點是生產(chǎn)效率高，層間箍緊力可控，但是由于存在曲率半徑，特別是卷芯的內(nèi)部中心曲率半徑小，導致N/P小，充放電受力不均勻，形變不一致，容易析鋰等問題。而疊片工藝正相反，各個部分受力均勻，不易變形。疊片更加適合形變大的電極材料，有利于保證充放電循環(huán)中形變一致，避免析鋰等問題。”
何向明則認為下一步研究的重點是想辦法減少電動車燃燒事故的損害。“電池里面有很多化學反應的動力學，這是目前的一個空白，我認為大家要更關注，去控制。第二我們講電池的固有安全技術指標特別重要，我們一定要明確目標，作為電池安全性目標是什么，很多企業(yè)沒有目標。”
真鋰研究創(chuàng)始人墨柯認為，2025年電動汽車應該能夠突破1600萬，2030年達到3500萬，而目前看來只有鋰離子電池能擔此大任，未來當然還有極大可能出現(xiàn)更加高度新型電池技術，但目前沒有看到。因此如何在目前這樣的技術水平下，平衡能量密度和安全，是車企和動力電池企業(yè)努力的方向。
