黃學(xué)杰:未來(lái)幾年用于新能源汽車(chē)的鋰離子電池發(fā)展預(yù)測(cè)
2016年05月27日 9:26 3630次瀏覽 來(lái)源: 電池中國(guó)網(wǎng) 分類(lèi): 鋰 作者: 吳麗娟
學(xué)杰:我們的嘉賓都是中國(guó)人,我還是會(huì)用中文來(lái)演講,用中文介紹一下對(duì)鋰電池發(fā)展的一些見(jiàn)解。
講這個(gè)之前我說(shuō)一兩句,在十幾年前的時(shí)候,那個(gè)時(shí)候我是支持錳酸鋰電池在電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用,差不多在7、8年前的時(shí)候,我大力地支持磷酸鐵鋰電池運(yùn)用于電動(dòng)車(chē)輛。
今天面臨磷酸鐵鋰和三元有不同的看法,我認(rèn)為這是可以在電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)里面并行的發(fā)展,各自發(fā)揮自己的特性,和長(zhǎng)壽命、更安全的特性。所以說(shuō),無(wú)論是在大車(chē)、小車(chē),安全可靠的電池首先必須是高水平的電池。
無(wú)論你是用什么材料,你如果做的不好的話,它同樣也不可能是安全的,這是一個(gè)開(kāi)場(chǎng)白。
未來(lái)的汽車(chē)電池怎么走?簡(jiǎn)單地說(shuō)就是材料跟制造技術(shù),兩者都會(huì)同步的進(jìn)步。
早晨我也說(shuō)了,電動(dòng)汽車(chē)的這種快速的增長(zhǎng),電池的這種產(chǎn)量快速的增加,所以說(shuō),中國(guó)的動(dòng)力電池已經(jīng)成了國(guó)際相關(guān)的鋰電的材料。中國(guó)已經(jīng)在國(guó)際的動(dòng)力電池市場(chǎng)上占據(jù)了相當(dāng)大的影響力。
今天這個(gè)電動(dòng)汽車(chē),剛才也有很多精彩的報(bào)告,包括整車(chē)企業(yè)的,包括電池企業(yè)的,大家都提到了一個(gè)痛點(diǎn),也就是說(shuō),希望我們的這個(gè)電池能夠充一次電能夠讓車(chē)輛跑更長(zhǎng)的里程,希望它更安全、更可靠、更便宜。
這個(gè)是ANL和BMW發(fā)的一篇文章,我們的電池包在功率特性上基本上滿(mǎn)足市場(chǎng)的要求,你車(chē)子要?jiǎng)悠饋?lái),在其它幾個(gè)方面,在能量方面,能量密度方面,在壽命、成本等等這方面都要改進(jìn)的余地。在這里面我要特別提醒一下,大家剛才都比較注意,就是說(shuō)多少瓦時(shí)每公斤,也就是說(shuō)到底是150還是200還是300還是500?其實(shí)對(duì)于乘用車(chē)來(lái)講還有一個(gè)很重要的指標(biāo),就是瓦時(shí)每升。
手機(jī)里面大家都知道,瓦時(shí)每升才真正的叫能量密度,瓦時(shí)公斤嚴(yán)格的發(fā)音叫比能量,而不叫能量密度,這是兩個(gè)不同的概念。對(duì)手機(jī)電池大家更關(guān)注的是什么?關(guān)注的是能量密度,同樣的尺寸不管你的重量重,你都要有同樣的電能。
對(duì)于乘用車(chē)來(lái)講,有時(shí)候你的重量可以略為重一點(diǎn),但是體積必須要嚴(yán)格的控制住。你讓人家把腿抬起來(lái),人家的后備廂里又沒(méi)有了空間,這都不是你增加續(xù)時(shí)里程的辦法。
特斯拉采用了1865,松下把1865做到了個(gè)很高的水準(zhǔn)。900個(gè)1865,900個(gè)毫安時(shí)到一個(gè)氨時(shí)左右,今天漲到了3點(diǎn)幾個(gè),尺寸沒(méi)有變,但是這個(gè)里面真正變的是什么?變的是能量密度的材料用進(jìn)去了,我同樣的空間里面,我單位體積里面正負(fù)極體積的能量密度提升了,這個(gè)是要做一個(gè)說(shuō)明的。
中國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的快,汽車(chē)行業(yè)對(duì)電池行業(yè)的壓力是越來(lái)越大的,大家剛才都看到了,咱們對(duì)100多公里都不滿(mǎn)意,希望有300多公里的,還有想要500多公里的。
咱們是電池的協(xié)會(huì),人家有一個(gè)賣(mài)汽車(chē)的協(xié)會(huì),他們制定了一個(gè)路線圖,這個(gè)路線圖里面就要求,你的電池必須搞到300瓦時(shí)。實(shí)際上更現(xiàn)實(shí)一些就是說(shuō),對(duì)于鋰離子的這個(gè)體系,今天的鋰離子的體系,300個(gè)瓦時(shí)每公斤,作為動(dòng)力電池用的話已經(jīng)是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)了。剛才專(zhuān)家們也講的,未來(lái)還有金屬鋰電池還有固態(tài)等等的這些考慮。
今天在汽車(chē)行業(yè)關(guān)心電池的時(shí)候,不僅僅是能量了,還有一系列的指標(biāo),最后關(guān)心的是電池、系統(tǒng)的指標(biāo),挑戰(zhàn)非常之大。
國(guó)家的重點(diǎn)的研發(fā)計(jì)劃,我們也參與了相應(yīng)的規(guī)劃,但是,這個(gè)啟動(dòng)就會(huì)晚一些,國(guó)家的事情,涉及到了好多個(gè)部委,到今年才開(kāi)始啟動(dòng)項(xiàng)目,今年這個(gè)合同也沒(méi)有簽下來(lái)??茖W(xué)院的動(dòng)作會(huì)快一點(diǎn),在3年前啟動(dòng)了這個(gè)計(jì)劃,2年多前把錢(qián)撥下來(lái)了,所以說(shuō)希望到18年的時(shí)候可以做到。有人說(shuō)了,我要把這個(gè)能量比提上去了,這個(gè)車(chē)子一次能夠跑300公里,我只要保200公里,是不是700次的壽命就夠了?其實(shí)不是這樣的,對(duì)電池來(lái)講,我能源把它的壽命做的高一點(diǎn),即使你的比能量低一點(diǎn)又有何妨?為了10%的比能量,為了5%的價(jià)格,你做成這樣,你是沒(méi)有價(jià)值的,你帶來(lái)的能源和環(huán)境的負(fù)擔(dān)是非常重的。
對(duì)于企業(yè)來(lái)講,不要只是追求你在市場(chǎng)上這一年能夠比別人多掙一點(diǎn)錢(qián),你應(yīng)該想到要做更大、更好的產(chǎn)品,未來(lái)才有可能成為一個(gè)不錯(cuò)的企業(yè)。
高比能量電池大家說(shuō)起來(lái)都挺明白的,過(guò)去做的錳酸鋰、磷酸鐵鋰都是低比能量的,大家都習(xí)慣講比能量了,所以我也就講一下瓦時(shí)每公斤。這些事情做起來(lái)是很難的,比如說(shuō)打硅負(fù)極的這項(xiàng)事情,比如說(shuō)高容量納米Si負(fù)極這個(gè)材料,停了一段時(shí)間,這個(gè)是在燒投資人、納稅人的錢(qián),不說(shuō)一個(gè)億,7、8000萬(wàn)也差不多了。在這里我們就要把它的尺寸變小,這樣就可以提高它的循環(huán)性能了。
你可以把這個(gè)材料做起來(lái),你也可以做的很漂亮,但是,挑戰(zhàn)仍然是存在著的。
今天,我們每一個(gè)人,你這里面破壞跟重構(gòu)導(dǎo)致了活性鋰的消失。我在想,現(xiàn)在是一個(gè)蠻關(guān)鍵的時(shí)候。
今天科學(xué)院的團(tuán)隊(duì),物理學(xué)的團(tuán)隊(duì),李紅(音)帶著寧波材料所做了一個(gè)300瓦時(shí)每公斤的電池。你可以展示出來(lái),我可以把比能量做到,但是接著的話是什么?比能量問(wèn)完了之后就會(huì)問(wèn)你能量密度怎么樣,你的壽命怎么樣,室溫的壽命可以了,高溫的壽命怎么樣,這個(gè)還在進(jìn)步之中?總的來(lái)講,這只是其中的一個(gè)方向,我現(xiàn)在真正感興趣的實(shí)際上是兩個(gè)方向同步進(jìn)行,一個(gè)是我們往這個(gè)里面加硅,你加的負(fù)極的容量越來(lái)越高的時(shí)候離金屬鋰就越近了。
我們不僅僅是在追求高容量,我們還要考慮你這個(gè)電池能不能在低溫下面快速的充電?,F(xiàn)在我們有一個(gè)考慮,我們要把硒加進(jìn)去,這樣就可以形成一顆一顆的納米顆粒分散到碳里面。這個(gè)是一種合適的循環(huán)性能,在這里面我要給大家展示的是什么?就是在低溫下面會(huì)有很大的區(qū)別。
在低溫下面,左邊這個(gè)是什么?這種材料是在零下20度的時(shí)候你進(jìn)行充放電,還有130毫安時(shí)每克的能量,這個(gè)時(shí)候你要換成石墨的話就會(huì)很少了。石墨實(shí)際上有一個(gè)特點(diǎn),你要從里面拿出來(lái)的時(shí)候?qū)嶋H上是相當(dāng)快的。一個(gè)電池你放電放的有多快,是取決于正極的,充電充的有多快,能不能夠接受更多的時(shí)候是取決于負(fù)極的。你進(jìn)到石墨里面是一個(gè)很慢的過(guò)程。
我把硒加進(jìn)去以后我們可以看到,在低溫下面,你是可以充電的。所以說(shuō),在材料的體系里面還是有一些創(chuàng)新的機(jī)會(huì)的。
接著來(lái)說(shuō),是正極的這一塊,這么多的正極材料,這個(gè)正極材料不僅僅是要關(guān)心它的比容量,我們現(xiàn)在講的毫安時(shí)每克講的是比容量,同時(shí)也要關(guān)心這個(gè)材料的密度。正極材料你要想讓它能夠在電池里面用好,讓電池有更高的能量密度,你必須做到“三高”,也就是說(shuō)比容量高是不夠的,同時(shí)電壓也要高,再加上密度要高。這個(gè)時(shí)候這種材料的能量密度才能夠上去,這個(gè)時(shí)候你才能夠做出更高的能量密度的電池,滿(mǎn)足乘用車(chē)發(fā)展的需要。所以說(shuō),這一系列的材料就不多說(shuō)了。
今天大家花了很多的精力去做三元,去做錳基的材料。
N年前我們發(fā)現(xiàn)把這個(gè)氧化鋁加到里面去,放在正極那邊。另外也有一篇文章,哪一級(jí)都不要加,就把氧化鋁扔到電解質(zhì)里面去,這樣就可以提升你的性能,我們不信,很多年之后,我甚至想壓制這篇文章的發(fā)明,其實(shí)最后就發(fā)現(xiàn)了,氧化鋁就是這么一種神奇的材料,這里面的機(jī)制,這種氧化物可以跟氟化氫反應(yīng)。后來(lái)這種技術(shù)同樣被用在了錳酸鋰上面了。剛開(kāi)始我在高壓這個(gè)材料的時(shí)候也試圖采用了氧化鋁。
這個(gè)材料本身很有意思,你跟磷酸鐵鋰是一樣的,你的容量是多少,基本上第一個(gè)回合都拿回來(lái)了,第一次正好可以跟你的石墨對(duì)起來(lái),所以說(shuō)今天室溫的電池也可以有不錯(cuò)的性能。跟硅碳來(lái)比現(xiàn)在還是有一些差距的,還是在70%的水平。
總的來(lái)講,在高壓的這路上,我們也在努力,大家更多的在做這種高比容量的材料,我們關(guān)注的是高密度的材料,高電壓的材料。
除了這種能量型的電池之外,我想明天還有報(bào)告,會(huì)講到高功率的電池。
對(duì)于我們這種插電式的車(chē),混合動(dòng)力汽車(chē),包括48伏的輕混和微混(音),這個(gè)也是非常重要的,咱們是到2025年,假設(shè)每年在中國(guó)生產(chǎn)500萬(wàn)臺(tái)的新能源汽車(chē),跟我們其它的燃油汽車(chē)來(lái)比仍然是一個(gè)很小的比例,那個(gè)時(shí)候我們總的汽車(chē)的量會(huì)是3700萬(wàn)臺(tái),你不僅僅要關(guān)注百分之十幾的新能源汽車(chē),我們還要關(guān)注80%非新能源汽車(chē)的電池,更多的還要用到高功率的電池。
我想展示一個(gè)例子,比如說(shuō)一款8氨時(shí)的高功率電池,你不覺(jué)得它有什么不同,但是,在這種大電紐的充電的情況下,10C的這個(gè)點(diǎn),而且把溫度升到45度的時(shí)候,你會(huì)發(fā)現(xiàn)它仍然有接近2000次的壽命,還有80%的容量。對(duì)功率電池來(lái)講容量不是一個(gè)重要的概念,它的功率才是一個(gè)更重要的概念。
對(duì)乘用車(chē)電池我們關(guān)心的瓦時(shí)每升,對(duì)商用車(chē)我們可能關(guān)心的是瓦時(shí)每公斤。
系統(tǒng)的技術(shù)也非常的重要,剛才北汽的陳博士、宇通的尹博士都講了很好的系統(tǒng),我就不多講了,所以就是說(shuō),好的電池必須有好的系統(tǒng),這些是非常重要的。
技術(shù)是一個(gè)方面,制造是另外一個(gè)方面,科學(xué)院的團(tuán)隊(duì)是相關(guān)的一些裝備的研究所,沈陽(yáng)自動(dòng)化所,包括一些企業(yè)一些聯(lián)合起來(lái),建立一個(gè)開(kāi)放式的動(dòng)力裝備技術(shù)的平臺(tái),我想有一些裝備企業(yè)、電力企業(yè)都去訪問(wèn)過(guò),這個(gè)是工業(yè)級(jí)的裝備,也就是幾十米的裝備,但是是一種新的工藝。對(duì)這些設(shè)備,我們無(wú)論是在控制還是在測(cè)量上都做了精密的改進(jìn)。
它可以做什么?可以高速的涂布,就根據(jù)你的需要來(lái)設(shè)定你涂布的這種區(qū)域,滿(mǎn)足我們電池設(shè)計(jì)的這種要求,讓你的材料能夠100%的得到利潤(rùn)。這個(gè)是一塊。
同樣的,在電池設(shè)計(jì)的這一塊,到底是圓柱的好還是把它壓扁了好,還是做成疊片好?如果你只談價(jià)格,這個(gè)是最好的,這個(gè)是最差的,如果你談這個(gè)的話,如果你談這種壽命的話,可能是疊式的會(huì)好一些,今天我們的材料都是軟機(jī)片的,無(wú)論是三元材料還是納米的磷酸鐵鋰的材料都是軟基片,當(dāng)你變成硬基片的時(shí)候,你就要小心了,你的這種工藝將會(huì)失靈。從這個(gè)方面來(lái)講,一定要有新工藝的探索。
同樣的是碟片工藝,也有不同的疊法,北汽是這樣的,三元是這樣的。所以說(shuō),我們要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的裝備,能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化精密的生產(chǎn)。所以就提出了一個(gè)工藝模式,你要能夠適應(yīng)它。
今天,大家覺(jué)得切片太慢了,大家又提出了負(fù)極不切,正極的靠激光的在線切割,這個(gè)也在這個(gè)平臺(tái)上開(kāi)始運(yùn)行起來(lái),驗(yàn)證起來(lái)。
剛才這個(gè)分別是兩個(gè)合作伙伴一起合作的。大家可以看到,新的工藝也在不斷的往前走,同時(shí),做出來(lái)的電池好在什么地方?差又差在什么地方?我們更多的是通過(guò)外特性來(lái)測(cè)試,物理所現(xiàn)在建立了一個(gè)供應(yīng)平臺(tái),電池可以在隔絕空氣的條件下來(lái)進(jìn)行測(cè)檢。
這個(gè)平臺(tái)是對(duì)全球開(kāi)放的,也希望有更多的企業(yè)跟我們一起來(lái)使用這個(gè)平臺(tái)。
我們理解了電池,我們有了創(chuàng)新的材料,有了創(chuàng)新的工藝,大家一起來(lái)努力,我想在未來(lái)的5年為汽車(chē)工業(yè)提供好的電池。這就是我報(bào)告的內(nèi)容,請(qǐng)大家批評(píng)指正。
責(zé)任編輯:周大偉
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