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[导读]9月26-27日,中国电动汽车百人会在上海嘉定汽车城举办了最新一期的产业培训,本期主题是“电动汽车核心技术突破与创新”,中科院物理所研究院研究员、博士生导师黄学杰、武汉大学化学与分子科学学院教授、博士生导师艾新平作为行业专家代表对动力电池及关键部件、核心技术,及下一代电池技术路线做了详细深入地阐述。

9月26-27日,中国电动汽车百人会在上海嘉定汽车城举办了最新一期的产业培训,本期主题是“电动汽车核心技术突破与创新”,中科院物理所研究院研究员、博士生导师黄学杰、武汉大学化学与分子科学学院教授、博士生导师艾新平作为行业专家代表对动力电池及关键部件、核心技术,及下一代电池技术路线做了详细深入地阐述。

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华霆(合肥)动力技术有限公司总经理周鹏、上海电驱动股份有限公司副总经理张舟云、精进电动科技有限公司董事长、总工余平、上海捷新动力电池系统有限公司工程部副总工程师朱玉龙、新能源汽车动力系统专家王英、华域汽车电动系统有限公司电机设计高级经理宋志环围绕电驱动发展趋势与前沿技术分享了实践中的经验。

动力电池作为电动汽车的核心部件,它的性能影响着整车的速度、续驶里程等诸多方面,所以一直以来,对电池技术的研讨从未停止过。由于不同材料对电池性能的影响,究竟哪种材料才是最适合车用的动力电池更是业内热议的焦点,也是攻关的难点。

磷酸铁锂过时了?

作为“十二五”国家863计划电动汽车转向总体组专家的黄学杰主要从事锂二次电池及其相关材料、工艺和装备技术的研究,他指出动力电池在我国的发展主要有两条技术路线,分别针对商用车和乘用车,商用车主要选择磷酸铁锂电池,预计今年能突破160 Wh/kg;而乘用车因为对比能量有较高要求,所以三元材料电池受到更多青睐,目前电池单体的比能量能够达到220 Wh/kg,而电池包系统能达到150 Wh/kg。

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中科院物理所研究院研究员、博士生导师黄学杰

然而这样的比能量并不能满足人们对更长续驶里程的要求,所以人们还在不断尝试不同的材料。黄学杰介绍,除了钴酸锂在手机上应用以外,其他锰酸锂、磷酸铁锂、三元材料、高镍富锂等都在不同程度上拥有一定的优势。

其中,NCA三元材料由于其单体比能量高,储存寿命长,而受到一些青睐,法国的SAFT公司就曾经将这种材料的电池用在卫星上,如今,特斯拉也同样配备的是NCA电池。但另一方面NCA的循环寿命却较低,更重要的是其安全性能较差。虽然单体比能量高,但成组后的比能量却大幅降低。为了保证更长的续驶里程,必然需要更多量的单体,那么在安全方面就会产生一定的隐患。

黄学杰对上述几种材料的电池做了较为详细的比较,钴酸锂虽然性能良好,但成本很高,所以只应用于手机中;锰酸锂成本较低,目前在商用车领域需求较多,但其比能量较低,所以低速车、两轮车比较适用。综合比较看来,黄学杰认为,磷酸铁锂循环寿命长,安全性、稳定性强,成本也正在逐渐降低,所以依然是目前的主流选择。

对于这一观点,艾新平持同样态度。曾参与国家科技部《新能源汽车转向》指南编写的他坚决反对为了增加续驶里程而盲目增加电池重量的做法,因为这种做法会导致车辆整体重量上浮,那么能耗也随之升高,使得电动汽车反而不环保,且这种做法导致成本也大幅度增加,不利于市场推广。

所以艾新平强调,动力电池总体的发展方向,必须在满足安全性、长寿命、循环寿命等指标下大幅度提升比能量。综合比较各种材料电池,他同样认为锂离子电池仍是动力电池发展的重点。

如何提高磷酸铁锂的比能量?

黄学杰提出,磷酸铁锂继续研发的重点不是材料本身的改进,而是在于电池的设计以及配套的负极材料方面。在他看来,磷酸铁锂经过这些年的发展,已经形成了年产10万吨以上的产能,材料的技术已经非常成熟了。那么接下来需要重点研究的是给磷酸铁锂配什么样的负极材料才能更好的发挥其优良性能。

黄学杰以两种材料为例,一种是可以在低温下快速充电的,另一种是可以有更高比能量的。低温下可以快充的是石墨烯材料,拥有较高比能量的是硅碳材料,且必须是纳米级的硅。

对此,艾新平表示,想要提高磷酸铁锂的比能量,就必须解决硅负极的循环库伦效率低和富锂锰基的电压衰减问题,才有望发展出比能量突破400Wh/kg的先进锂离子动力电池;而从远期看来,革新型锂离子电池较锂硫、锂空更具有现实可行性。他提出,开发基于阴离子电荷补偿机制的高容量富锂氧化物正极(≥350mAh/g),可以发展出比能量大于500Wh/kg的动力电池。

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武汉大学化学与分子科学学院教授、博士生导师艾新平

艾新平强调安全性决定了高比能量电池装车应用的前景,发展自发热控制技术和全固态电池是可行的解决方案,所以必须要加紧攻关。而高载量电极是实现电池高比能的基础,根据极化模型,开发梯度孔率电极,对于高比能电池发展具有重要作用和意义。

磷酸铁锂优势愈发显现

黄学杰介绍,目前新一代的磷酸铁锂电池单体的比能量已经可以达到175Wh/kg,成组后能够满足商用车150Wh/kg的要求。在他看来,沿着上述路线继续研发,到2020年磷酸铁锂电池包实现180Wh/kg的目标是可实现的,且还有更大的发展空间。黄学杰还指出,磷酸铁锂不仅在中国的产业基础比较雄厚,更重的是,其在商用、在储能方面也均有应用空间。

除此以外,艾新平提到,固态电池是未来的必然趋势,而固态电池对抗氧化能力、低温导电率等都有较高要求,而现在流行的三元材料、钴酸锂等都无法实现,只有磷酸铁锂电池能够满足。

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