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其魯:車用動力鋰電池及其正極材料技術發展研究(2)

來源:中國電池雜志-中國電池網作者:武月  2014-11-13 23:49點擊: 二維碼
【導讀】在11月13日成都召開的2014年第二屆中國(成都)鋰電新能源產業國際高峰論壇上,北京大學教授、本次論壇學術委員會主席其魯教授做了《車用動力鋰電池及其正極材料技術發展研究》的專題報告。

關于微型汽車我們也有一些討論。山東是微型電動汽車非常發達的區域,上午的信息也表示了,年產量達到十幾萬輛,問題是政府如何去考慮推動,市場如何去操作。關于這些細節的問題,我就不多說了。總之,在國內外,微型電動汽車的發展是非常快的,給出的電動汽車用電池的方案也應該有所不同。電動汽車的技術,是我們今后要仔細考慮的,要多考慮慮。到目前為止,我們電動汽車是在傳統汽車上的一個改造。事實上,這樣一個想法,在一個階段適合中國的國情,但是如果回頭想一想,中國的燃油汽車走了30多年的發展歷程之后,到今天只有三四流產品的民族品牌,我們為什么做不出好的燃油汽車呢?需要在座的企業家認真考慮這些問題。今后中國的電動汽車的發展,一定要極早做起,一定要大量投入,要在最基本的技術方面多做功課,才能為真正的電動汽車打造出中國新能源產業、新興制造業發展的好機會并且把握好這個機會。

關于電動車安全性問題,時間關系,我只想說,這個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致的,非電池導致的問題也有。但是大家可以想象,當電池燃燒起來的,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燃燒,負極材料、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,電池內部溫度升高導致的電池裂開,最后導致燃燒爆炸,這種事情已經出得太多了。所以電動汽車的安全性問題在國內外,目前為止并沒有受到人們過多或者高度關注。但是作為電池企業,作為電池材料企業,作為我們的電動汽車,因為到目前為止,沒有先例,人們并不知道一輛電動汽車什么情況下會燃燒、會爆炸。另外,今天的傳統燃油車,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。關于電動汽車電池的問題,我想到今天為止用不著和鉛酸電池和鎳氫電池比較,這幾天的會議大家都會有共同的想法,鋰電池是電動汽車今后唯一的,至少五到十年內還沒有其它產品有更高的電壓、更高的能量密度或者更合適的適應性短內取代鋰電池。

鋰電池今后的路還有很長,今天的公交車一公里耗電1度多,明年是多少、后年是多少,已經有非常明確的目標。車輛載重對于電池模塊也是非常重要的因素,如何從簡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,最近我們和國內做電池的廠家做了程度不同的溝通,國內有些廠家錳酸鋰電池的穩定性做得都比較好了。所以今天可以說,電動汽車,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年奧運會結束后,按照當時的結果來看,三年十萬公里,完全把這個問題解決了。今天,照著這樣的電池來考慮,我想五年十五萬公里的目標也應該比較容易解決。

在今天的技術情況下,漸進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。按照現在汽車使用的壽命來考慮,保證五年以上或者更長的年頭使用,從電池的角度放心去使用。混合動力車電池,也應該是這樣的。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,所以混合動力車的電池壽命和安全性,我想大家應該放心去考慮。當然了,我指的是生產、品質檢驗,我們的使用都是在規范化情況的前提下。一個電池在生產過程中,不能嚴格控制生產過程,如果不能把好質量關,簡單說有一些異物進了電池,或者其它原因導致電池出現差異等等,可能都會造成電池出現一些其它問題。

從本質上講,電池的安全性,導電性是非常重要的一個方面。導電性涉及到什么呢?涉及到電化學性能,涉及到使用環境,涉及到材料問題,涉及到電池的問題。這里面做比較,多元的負荷正極材料的電池,在大功率充放電情況下,它的發熱要比和它做比較的這塊電池的溫度變化小多了。從測量大電流的情況下,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。測量溫度對大家來說都是比較簡單的,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,跟使用當中溫度變化有密切關系。大量的熱量積累,完全會導致電池裂開。電池裂開就意味著可能會燃燒、可能會爆炸。另外,這個導電性的問題,還涉及到常溫情況下電化學性能如何的問題。所以我們選擇一個好的材料,制作一個好的電池,在常溫狀態下,要保證它有良好的導電性,優越的充放電性能,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、長春也好,做各種各樣的車輛測試,這讓他們感到非常為難。

還有一個事情,我在有些場合下講過幾次,在不同狀態下電池的安全性和可靠性,是由電池的另一個電化學特性所控制,有著很大關系。大家可以看到,兩個電壓的標尺是完全不一樣的,尤其是作為漸進式錳酸鋰電池的對比,所對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,在電池電動汽車反復充放電的區間,最頻繁使用的30%至70%的區域,它的電話寫特性表現出來的是電池電壓的變化是非常小的。電動汽車如何控制電池呢?如何讓電池效率高的輸出動力,驅動電動汽車呢?到目前為止是通過電子計算機,各種各樣的技術來完成。但是在這種狀況下,每支電池的不同電壓下,這個差別太小了,導致很容易給我們錯誤的指令,該充電的時候不充電,該放電的時候不放電。有些朋友問我,為什么他們出廠的時候電池一致性非常好,穩定性非常好,可是用了一個月,用了半年之后,電池容量迅速衰減?我想跟它的電池特性關系密切,希望大家多關注這個問題。

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,首先以電池的關鍵材料起家,中國的鈷酸鋰,從北京工廠國產化第一步實施,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。通過今天的會議我也了解到,我們很多企業和研究單位都進入到高電壓材料領域。我認為,像漸進式摻雜鎳的具有漸進式結構的錳酸鋰,作為下一代電動汽車的重要發展方向,是值得大家關注的。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力電池的準備,適當的時候會進入市場。這個電池有很多特點,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、使用過程當中的其它問題等也出現了,需要大家共同關注,把這個問題處理好。還有一種材料是更高容量,負荷材料的發展趨勢。作為今天講的三元材料的替代產品,很可能在若干年以后發生,這個電池會出現在市場上。它讓今天的高容量電池和高功率電池,都會發生革命性變化。今天上午長安汽車的報告當中,他們的車上的能量密度已經做到了90,利用新材料技術,我想我們很快會突破100,達到120,有可能還會實現150。到那個時候,我們的車載電池會很小。除了正極材料之外,負極材料明天也會有一個很好思路的報告,希望大家關注一下。

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[責任編輯:趙卓然]

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