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其魯:車用動(dòng)力鋰電池及其正極材料技術(shù)發(fā)展研究(2)

來源:中國(guó)電池雜志-中國(guó)電池網(wǎng)作者:武月  2014-11-13 23:49點(diǎn)擊: 二維碼
【導(dǎo)讀】在11月13日成都召開的2014年第二屆中國(guó)(成都)鋰電新能源產(chǎn)業(yè)國(guó)際高峰論壇上,北京大學(xué)教授、本次論壇學(xué)術(shù)委員會(huì)主席其魯教授做了《車用動(dòng)力鋰電池及其正極材料技術(shù)發(fā)展研究》的專題報(bào)告。

關(guān)于微型汽車我們也有一些討論。山東是微型電動(dòng)汽車非常發(fā)達(dá)的區(qū)域,上午的信息也表示了,年產(chǎn)量達(dá)到十幾萬輛,問題是政府如何去考慮推動(dòng),市場(chǎng)如何去操作。關(guān)于這些細(xì)節(jié)的問題,我就不多說了。總之,在國(guó)內(nèi)外,微型電動(dòng)汽車的發(fā)展是非??斓?,給出的電動(dòng)汽車用電池的方案也應(yīng)該有所不同。電動(dòng)汽車的技術(shù),是我們今后要仔細(xì)考慮的,要多考慮慮。到目前為止,我們電動(dòng)汽車是在傳統(tǒng)汽車上的一個(gè)改造。事實(shí)上,這樣一個(gè)想法,在一個(gè)階段適合中國(guó)的國(guó)情,但是如果回頭想一想,中國(guó)的燃油汽車走了30多年的發(fā)展歷程之后,到今天只有三四流產(chǎn)品的民族品牌,我們?yōu)槭裁醋霾怀龊玫娜加推嚹兀啃枰谧钠髽I(yè)家認(rèn)真考慮這些問題。今后中國(guó)的電動(dòng)汽車的發(fā)展,一定要極早做起,一定要大量投入,要在最基本的技術(shù)方面多做功課,才能為真正的電動(dòng)汽車打造出中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)、新興制造業(yè)發(fā)展的好機(jī)會(huì)并且把握好這個(gè)機(jī)會(huì)。

關(guān)于電動(dòng)車安全性問題,時(shí)間關(guān)系,我只想說,這個(gè)問題是我們以后遇到的最可怕的問題。有些問題在某種情況下是電池導(dǎo)致的,非電池導(dǎo)致的問題也有。但是大家可以想象,當(dāng)電池燃燒起來的,是高密度的電能載體,里面幾乎所有器材是易燃易爆的,電解液在六七十度的空氣下會(huì)燃燒,負(fù)極材料、隔膜材料,里面大量的各種各樣的材料里非常可怕。所以電池控制管理不好,電池內(nèi)部溫度升高導(dǎo)致的電池裂開,最后導(dǎo)致燃燒爆炸,這種事情已經(jīng)出得太多了。所以電動(dòng)汽車的安全性問題在國(guó)內(nèi)外,目前為止并沒有受到人們過多或者高度關(guān)注。但是作為電池企業(yè),作為電池材料企業(yè),作為我們的電動(dòng)汽車,因?yàn)榈侥壳盀橹梗瑳]有先例,人們并不知道一輛電動(dòng)汽車什么情況下會(huì)燃燒、會(huì)爆炸。另外,今天的傳統(tǒng)燃油車,在高速公路上,在城市里面,自然這樣的問題也很多。所以,電動(dòng)汽車的安全性問題,可能是今后幾十年或者永久的討論話題。關(guān)于電動(dòng)汽車電池的問題,我想到今天為止用不著和鉛酸電池和鎳氫電池比較,這幾天的會(huì)議大家都會(huì)有共同的想法,鋰電池是電動(dòng)汽車今后唯一的,至少五到十年內(nèi)還沒有其它產(chǎn)品有更高的電壓、更高的能量密度或者更合適的適應(yīng)性短內(nèi)取代鋰電池。

鋰電池今后的路還有很長(zhǎng),今天的公交車一公里耗電1度多,明年是多少、后年是多少,已經(jīng)有非常明確的目標(biāo)。車輛載重對(duì)于電池模塊也是非常重要的因素,如何從簡(jiǎn)單的單體電池走向模塊,走向整車電池,今后的工作也是非常多的。   

最后我想從電池的問題回到電池材料上,最近我們和國(guó)內(nèi)做電池的廠家做了程度不同的溝通,國(guó)內(nèi)有些廠家錳酸鋰電池的穩(wěn)定性做得都比較好了。所以今天可以說,電動(dòng)汽車,它的壽命做到五年、七年,從電池的角度是非常有信心的。十萬公里也好,十五萬公里也好。2008年奧運(yùn)會(huì)結(jié)束后,按照當(dāng)時(shí)的結(jié)果來看,三年十萬公里,完全把這個(gè)問題解決了。今天,照著這樣的電池來考慮,我想五年十五萬公里的目標(biāo)也應(yīng)該比較容易解決。

在今天的技術(shù)情況下,漸進(jìn)式錳酸鋰電池作為高容量電池,它的壽命深度充放兩千次,容量還保持著80%以上意味著什么。按照現(xiàn)在汽車使用的壽命來考慮,保證五年以上或者更長(zhǎng)的年頭使用,從電池的角度放心去使用?;旌蟿?dòng)力車電池,也應(yīng)該是這樣的。2007年以前,以錳為中心的多元材料,做過五萬次、十萬次,模擬三十萬次的充放電,所以混合動(dòng)力車的電池壽命和安全性,我想大家應(yīng)該放心去考慮。當(dāng)然了,我指的是生產(chǎn)、品質(zhì)檢驗(yàn),我們的使用都是在規(guī)范化情況的前提下。一個(gè)電池在生產(chǎn)過程中,不能嚴(yán)格控制生產(chǎn)過程,如果不能把好質(zhì)量關(guān),簡(jiǎn)單說有一些異物進(jìn)了電池,或者其它原因?qū)е码姵爻霈F(xiàn)差異等等,可能都會(huì)造成電池出現(xiàn)一些其它問題。

從本質(zhì)上講,電池的安全性,導(dǎo)電性是非常重要的一個(gè)方面。導(dǎo)電性涉及到什么呢?涉及到電化學(xué)性能,涉及到使用環(huán)境,涉及到材料問題,涉及到電池的問題。這里面做比較,多元的負(fù)荷正極材料的電池,在大功率充放電情況下,它的發(fā)熱要比和它做比較的這塊電池的溫度變化小多了。從測(cè)量大電流的情況下,電池溫度變化的角度來考慮問題,是研究電池安全性非常重要的手段。測(cè)量溫度對(duì)大家來說都是比較簡(jiǎn)單的,所以制造電池的朋友們一定要考慮一下,我們的電池到底安全性如何,跟使用當(dāng)中溫度變化有密切關(guān)系。大量的熱量積累,完全會(huì)導(dǎo)致電池裂開。電池裂開就意味著可能會(huì)燃燒、可能會(huì)爆炸。另外,這個(gè)導(dǎo)電性的問題,還涉及到常溫情況下電化學(xué)性能如何的問題。所以我們選擇一個(gè)好的材料,制作一個(gè)好的電池,在常溫狀態(tài)下,要保證它有良好的導(dǎo)電性,優(yōu)越的充放電性能,在低溫、零度、零下二三十度也必須具有良好的電化學(xué)性能,這樣的電池才能作為車載電池。非常遺憾,和東北的搞電動(dòng)汽車的朋友們接觸過之后,他們講沒有多少人敢把電池拿到東北去做,哈爾濱也好、長(zhǎng)春也好,做各種各樣的車輛測(cè)試,這讓他們感到非常為難。

還有一個(gè)事情,我在有些場(chǎng)合下講過幾次,在不同狀態(tài)下電池的安全性和可靠性,是由電池的另一個(gè)電化學(xué)特性所控制,有著很大關(guān)系。大家可以看到,兩個(gè)電壓的標(biāo)尺是完全不一樣的,尤其是作為漸進(jìn)式錳酸鋰電池的對(duì)比,所對(duì)比的電池它的間隔是非常小的。從SOC的電壓變化上可以看到,在電池電動(dòng)汽車反復(fù)充放電的區(qū)間,最頻繁使用的30%至70%的區(qū)域,它的電話寫特性表現(xiàn)出來的是電池電壓的變化是非常小的。電動(dòng)汽車如何控制電池呢?如何讓電池效率高的輸出動(dòng)力,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)汽車呢?到目前為止是通過電子計(jì)算機(jī),各種各樣的技術(shù)來完成。但是在這種狀況下,每支電池的不同電壓下,這個(gè)差別太小了,導(dǎo)致很容易給我們錯(cuò)誤的指令,該充電的時(shí)候不充電,該放電的時(shí)候不放電。有些朋友問我,為什么他們出廠的時(shí)候電池一致性非常好,穩(wěn)定性非常好,可是用了一個(gè)月,用了半年之后,電池容量迅速衰減?我想跟它的電池特性關(guān)系密切,希望大家多關(guān)注這個(gè)問題。

從電池正極材料的角度考慮,我們要做的工作是很多的。大家都知道,從2000年開始,首先以電池的關(guān)鍵材料起家,中國(guó)的鈷酸鋰,從北京工廠國(guó)產(chǎn)化第一步實(shí)施,錳酸鋰、多元化等等。同期的正極材料,充放電曲線的,但是我們自己的工作。通過今天的會(huì)議我也了解到,我們很多企業(yè)和研究單位都進(jìn)入到高電壓材料領(lǐng)域。我認(rèn)為,像漸進(jìn)式摻雜鎳的具有漸進(jìn)式結(jié)構(gòu)的錳酸鋰,作為下一代電動(dòng)汽車的重要發(fā)展方向,是值得大家關(guān)注的。目前為止我們做了很多工作,我們也做好了把它作為下一代動(dòng)力電池的準(zhǔn)備,適當(dāng)?shù)臅r(shí)候會(huì)進(jìn)入市場(chǎng)。這個(gè)電池有很多特點(diǎn),目前為止我們解決不了的一些問題它能夠解決。但是,隔膜的問題、電解液的問題、使用過程當(dāng)中的其它問題等也出現(xiàn)了,需要大家共同關(guān)注,把這個(gè)問題處理好。還有一種材料是更高容量,負(fù)荷材料的發(fā)展趨勢(shì)。作為今天講的三元材料的替代產(chǎn)品,很可能在若干年以后發(fā)生,這個(gè)電池會(huì)出現(xiàn)在市場(chǎng)上。它讓今天的高容量電池和高功率電池,都會(huì)發(fā)生革命性變化。今天上午長(zhǎng)安汽車的報(bào)告當(dāng)中,他們的車上的能量密度已經(jīng)做到了90,利用新材料技術(shù),我想我們很快會(huì)突破100,達(dá)到120,有可能還會(huì)實(shí)現(xiàn)150。到那個(gè)時(shí)候,我們的車載電池會(huì)很小。除了正極材料之外,負(fù)極材料明天也會(huì)有一個(gè)很好思路的報(bào)告,希望大家關(guān)注一下。

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