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当前石墨烯主要是作为导电增强剂添加在电池的正负极材料上,以改善导电性,增强电池的充放电倍率。欧阳明高预计,石墨烯电池可能会首先在消费类电池中应用,比如手机电池、纽扣电池等等。但在以纯电动轿车主导的动力电池上,未来仍以三元锂电池为主。
“要以实现城市大客车动力系统一体化平台为目标,加强深化产业发展,提高科研技术能力,从而保证新能源汽车发展项目的安全、平稳、增速发展。”
中国从“十五”科技部电动汽车重点专项开始,推动中国电动汽车动力电池的研发,当时主要是镍氢电池和锰酸锂电池。“十一五”时,主要是磷酸铁锂电池。到“十二五”,中国的重点研发转向三元锂离子电池,2015年中国三元锂离子电池的比能量预计会达到180瓦时每公斤。到2020年预计超过200瓦时每公斤,比现在提高一倍。
据国外趋势,中国2020年的基本的发展目标是,高比能量电池达到300瓦时每公斤,寿命1500次,成本8毛钱。欧阳明高强调,在迈向高比能量锂离子电池的过程中,机遇挑战并存,安全问题将变得更加突出。能量比越高,挑战越大。“中国必须进一步重视安全性,在安全性、耐久性、动力性三个问题中,最核心的是安全性问题”。
动力电池安全性的问题概括称为动力电池热失控,电池受热到一定温度后不可控,温度直线上升,超过500度、1000度,然后发生燃烧爆炸。温度会触发电池里的副反应,这些副反应会放热,导致热失控,。此外,电触发也会引起该问题。外部短路、内部短路、过充都会导致产热,然后产生热失控。还有一个原因是碰撞,车辆碰撞挤压之后,电池就像被针刺了一样,发生短路,然后再产热,热再引起热失控。
欧阳明高建议,中国国内应学习研究特斯拉电池的安全设计。“应该来讲,特斯拉用的是不安全的电池,从单体电池角度是不安全的。但是,一个单体不安全的电池做到系统安全,是因为特斯拉的电池用了7000多只18650的三元电池,镍钴锂,单体不安全的电池组合起来就安全了。这是特斯拉安全设计的专利。这些专利大家可以仔细分析一下,因为现在特斯拉专利都是公开的。”
从2014年开始,我国政府出台了一系列优惠政策,中国新能源汽车产业进入了高速发展时期,电池投资高速增长,电池产业实现了增速发展,但依然出现了供不应求的情况。欧阳明高特别指出,电池产业的发展不是简单的投资问题,在研发方面的投入比重更为重要。对于电动汽车的动力系统,无论是增程插电式混合动力系统、纯电动力系统,还是燃料电池动力系统,都要综合考量与分析各个系统的核心技术以及优劣势,进行稳步增质、增量的发展。因此,我国动力电池的发展,应当保持合理的发展速度。
动力电池产业缺乏协同创新机制
国联汽车动力电池研究院院长卢世刚:目前在电动汽车里边用的动力电池主要包括镍氢电池、锂离子电池和燃料电池三类化学体系,镍氢电池目前已经很成熟了,在普瑞斯混合动力里面已经广泛使用,当然普瑞斯销售已经达到了七百多万辆,现在我们说的锂离子电池,按照分类有磷酸铁锂(LFP)、锰酸锂(LMO)、镍钴锰酸锂、镍钴铝酸锂,后边两个我们叫做三元体系。所以从这个表里可以看到,目前大概锂离子电池从磷酸铁锂已经朝三元的方向转变,单体能量可以达到180。可以看到这个三元材料的电池应该说还有一定的发展空间,极限密度可以达到250甚至是260,这是目前应该说在产业界,大家努力的一个方向。
首先看我们国家的发展现状。我们的判断第一个是基本掌握了车用动力电池的关键技术,我们国家动力电池的开发,和整车基本同步,十五期间开展了镍氢电池,、锰酸锂氧化物锂离子电池、燃料电池的研发,“十一五”期间加大了磷酸铁锂电池研发与产业化,“十二五”期间推进三元材料电池的研发与产业化。目前是处于这样一个阶段。
从技术上来讲,我们国家开发了镍氢电池,锂离子燃料电池,关键技术指标达到了国外同类产品的一个先进水平,目前我们锂电池可以做到系统的比能量800-1000瓦时,比功率可以做到500-100瓦时,循环寿命也能做到突破一千次,使用寿命大概是可以达到五年,成本大概是说可以低于每瓦时三块钱。
从发展趋势上来看,我们全世界的情况来看,第一个是锂离子电池已经成为动力电池的主要方向。目前大家都很清楚,目前日本,美国、欧洲、韩国商业化的电池主要是采用燃料电池。目前混动这一块也是在推动力锂电池的应用。韩国、日本、中国在全球锂电池占主导地位,排序是韩国第一、日本第二,中国第三。
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