楊裕生：應(yīng)重視磷酸鐵鋰電池發(fā)展

近些年,電動(dòng)汽車(chē)的快速發(fā)展帶動(dòng)了動(dòng)力鋰電池的發(fā)展。作為電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力來(lái)源,電池性能的好壞不但關(guān)系到整車(chē)?yán)m(xù)駛里程的長(zhǎng)短,而且關(guān)系到產(chǎn)品的安全性和可靠性?？梢哉f(shuō),動(dòng)力電池的發(fā)展決定著純電動(dòng)汽車(chē)的未來(lái)。

一、電動(dòng)汽車(chē)必須把安全性放在第一位

在眾多新能源車(chē)型中,我國(guó)給予純電動(dòng)汽車(chē)的補(bǔ)貼最高,而且補(bǔ)貼與純電動(dòng)里程掛鉤,于是近些年在我國(guó)出現(xiàn)了一陣“人造三元風(fēng)”。在政府部門(mén)倡導(dǎo)電池比能量指標(biāo)一年更比一年高的情況下,三元材料中鎳鈷錳的組合由安全性尚可的333,一步一步地邁向523、622、811。隨著鎳量的增加,在材料比容量提高的同時(shí),電池的熱失控溫度和安全性逐步下降。在另一種鎳鈷鋁三元材料中(特斯拉所用),鎳的份額也占八成,同樣存在類(lèi)似問(wèn)題。

說(shuō)“三元風(fēng)”是“人造”的,是因?yàn)樗皇且蚣夹g(shù)優(yōu)勢(shì)自然形成的,而是片面追求純電動(dòng)長(zhǎng)里程政策引導(dǎo)的結(jié)果。大風(fēng)起兮塵飛揚(yáng),連一向堅(jiān)持“鐵電池”的大企業(yè)也被迷了眼,成了“跟風(fēng)者”。當(dāng)然,這也不難理解,畢竟企業(yè)要生存需要逐利。這也從另一個(gè)角度證明,政策力大無(wú)窮,不管什么方向的風(fēng),要刮就能刮起來(lái)。

同時(shí),純電動(dòng)汽車(chē)的里程指標(biāo)正在追趕傳統(tǒng)燃油車(chē),除了使用高比能電池外,還導(dǎo)致過(guò)度多裝電池。這兩個(gè)因素疊加,使電動(dòng)汽車(chē)的安全性更受威脅,事故頻發(fā)。工信部曾一度放話(huà),要求暫停使用三元鋰離子電池,但在強(qiáng)大的三元“隊(duì)伍”的強(qiáng)烈呼吁下最終不得不作出妥協(xié),同意乘員少的乘用車(chē)可用三元鋰離子電池,三元鋰電池客車(chē)在通過(guò)熱失控試驗(yàn)和熱失控?cái)U(kuò)展試驗(yàn)測(cè)試的前提下,也可申請(qǐng)推薦目錄。

用三元鋰離子電池的乘用車(chē),乘員少就能安全逃生嗎?且看近期發(fā)生的事故。今年5月初,美國(guó)佛羅里達(dá)州發(fā)生一起特斯拉ModelS以每小時(shí)90英里(約合144公里)的速度撞墻后立即起火事件,車(chē)內(nèi)前排兩人在大火中不幸遇難,坐在后排的一人被甩出車(chē)外受傷。5月10日,在瑞士南部的高速公路上,一輛特斯拉ModelS撞上中央隔離帶,車(chē)輛翻轉(zhuǎn)、起火,一名德國(guó)駕駛者被困在車(chē)內(nèi)燒死。一周之內(nèi),兩起特斯拉電動(dòng)汽車(chē)起火事故,三人喪生?？梢?jiàn),三元鋰離子電池火勢(shì)蔓延太猛,乘用車(chē)?yán)锏某藛T自己來(lái)不及逃生,別人也難以救助。

面對(duì)多次失火事件,特斯拉表示傳統(tǒng)汽車(chē)碰撞也會(huì)燃燒。這是典型的強(qiáng)詞奪理。更何況,傳統(tǒng)汽車(chē)碰撞而不燃燒的情況比比皆是。

我國(guó)也發(fā)生過(guò)多起電動(dòng)汽車(chē)燃燒事件,雖然頻度不及特斯拉,但不能據(jù)此得出我國(guó)的三元鋰電池比特斯拉的三元鋰電池更安全的結(jié)論,而應(yīng)考慮的因素是,我國(guó)大多數(shù)電動(dòng)乘用車(chē)的里程和電池量比特斯拉少,上高速公路的比例不及特斯拉高,而且我國(guó)高速公路限速120公里/小時(shí)。作為載客量大、乘客逃生需時(shí)長(zhǎng)的電動(dòng)客車(chē),更應(yīng)該高度重視產(chǎn)品的安全性。

筆者認(rèn)為,對(duì)電動(dòng)汽車(chē)來(lái)說(shuō),不論是商用車(chē)還是乘用車(chē),都事關(guān)人命,必須把安全性放在第一位,其他問(wèn)題為之讓路。

二、動(dòng)力電池的安全性極其關(guān)鍵

電動(dòng)汽車(chē)的安全性主要取決于動(dòng)力電池的安全性。

電池組像汽油箱那樣,是一種含高能物質(zhì)的部件。鋰離子電池中的電解液是用有機(jī)溶劑配制而成,其易燃的程度不亞于汽油。正極的氧化劑和負(fù)極的還原劑只隔一層微米級(jí)厚的隔膜,內(nèi)短路則生熱;充放電時(shí),電池內(nèi)阻也生熱。在達(dá)到一定溫度時(shí),正極上的氧化劑可與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。大量的化學(xué)反應(yīng)熱會(huì)造成熱失控,產(chǎn)生大量氣體,導(dǎo)致氣壓升高、電池破裂,繼而出現(xiàn)車(chē)輛燃燒、爆炸情況。

正極的氧化劑不同,電池發(fā)生熱失控的溫度也不同。使用熱失控溫度越低的正極材料,電池的安全性越差。特斯拉用的三元鋰離子電池,熱失控溫度不足200℃,尤其是三元材料在達(dá)到一定溫度時(shí)還會(huì)分解釋放出極活潑的初生態(tài)氧,即使在沒(méi)有外界氧氣供應(yīng)的情況下,這種電池內(nèi)部就“完整地具備”燃燒三要素。試想,其安全性能高嗎?這也是三元鋰離子電池起火后,火勢(shì)蔓延迅速且難以撲滅的原因。

相比之下,磷酸鐵鋰分子里的氧被牢固地束縛在磷酸根中,很難成為助燃劑,磷酸鐵鋰電池的熱失控溫度要高得多,其安全性高得多?，F(xiàn)在,磷酸鐵鋰單體電池比能量已提升至180Wh/Kg,電池包比能量已達(dá)到151Wh/Kg,其功率型電池的性能完全能滿(mǎn)足增程式電動(dòng)汽車(chē)的需求。

我國(guó)有發(fā)展磷酸鐵鋰電池的優(yōu)勢(shì)。由中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)牽頭,成功申訴三家外資企業(yè)磷酸鐵鋰電池專(zhuān)利無(wú)效,從而讓中國(guó)磷酸鐵鋰電池產(chǎn)業(yè)徹底擺脫國(guó)外專(zhuān)利束縛,為我國(guó)發(fā)展新能源汽車(chē)掃除阻礙;我國(guó)眾多企業(yè)掌握微納結(jié)構(gòu)碳包覆技術(shù),彌補(bǔ)了材料電導(dǎo)率不高的缺點(diǎn);我國(guó)已建立完整的材料生產(chǎn)鏈,價(jià)格日趨合理;電池生產(chǎn)水平不斷提高,產(chǎn)品性能穩(wěn)定。筆者認(rèn)為,磷酸鐵鋰電池應(yīng)成為動(dòng)力電池的發(fā)展重點(diǎn),應(yīng)鼓勵(lì)繼續(xù)研究、提高產(chǎn)品性能。

同時(shí),筆者認(rèn)為,電力系統(tǒng)的規(guī)模儲(chǔ)能用三元鋰離子電池也不可取,甚至用鋰離子電池也值得商榷。打個(gè)比方,這就像一座堆滿(mǎn)燃燒彈的活火山。去年我國(guó)山西省有兩座2MWh調(diào)頻電站起火,用的就是三星公司的三元正極18650鋰離子電池。雖然火災(zāi)起因尚在論證,有人認(rèn)為可能不是電池而是電氣部分的原因,但無(wú)可爭(zhēng)辯的事實(shí)是電池?zé)炅恕Ｈ绻麚Q成不含有機(jī)溶劑的電池,情況就不會(huì)這么慘烈。今年7月,韓國(guó)風(fēng)電場(chǎng)的4MW/12MWh儲(chǔ)能電站起火并爆炸,據(jù)報(bào)道,這是該國(guó)第四個(gè)發(fā)生燃燒事故的三元鋰離子電池儲(chǔ)能電站。這些事故應(yīng)該引起我國(guó)鋰離子電池儲(chǔ)能電站決策者和建設(shè)者們的警惕和深思。

三、增程式電動(dòng)車(chē)與磷酸鐵鋰電池是絕佳配對(duì)

增程式電動(dòng)車(chē)是指純電動(dòng)汽車(chē)上加裝增程器(任何一種發(fā)電裝置),通過(guò)在車(chē)上發(fā)電增加行駛里程。這類(lèi)車(chē)的優(yōu)點(diǎn)突出:電池組不會(huì)過(guò)充和過(guò)放,壽命延長(zhǎng),安全性高;電池少,補(bǔ)貼退坡、取消的影響小,易于市場(chǎng)化;城市工況下比燃油車(chē)節(jié)油50%以上,更為省錢(qián);可以不外接充電,少建充電樁,且能遠(yuǎn)距離行駛;如有充電條件,城市百公里內(nèi)節(jié)油率80%以上;可沿用燃油車(chē)的生產(chǎn)、加油設(shè)施,便于發(fā)展;新近提出的發(fā)電直驅(qū)增程式電動(dòng)汽車(chē),可免去大電流的充電和放電,不僅更節(jié)能(油),而且電池壽命更長(zhǎng)。

如果把安全性高的磷酸鐵鋰電池用于增程式電動(dòng)汽車(chē),不但能夠提高車(chē)輛的安全性,而且比能量、比功率完全夠用,使用壽命長(zhǎng)。此外,我國(guó)鋰資源豐富,不存在鈷、鎳資源受制約的問(wèn)題。

所以,我國(guó)應(yīng)將磷酸鐵鋰電池作為發(fā)展重點(diǎn),使之有力地支持增程式電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)化,它可以有效免除純電動(dòng)汽車(chē)的里程、安全、價(jià)格、充電、后續(xù)電池五大焦慮。

有人認(rèn)為,增程式還是要燒油,不是發(fā)展電動(dòng)車(chē)的最終目標(biāo)。言下之意,發(fā)展增程式電動(dòng)車(chē)意義不大。對(duì)此,筆者想著重強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn)。

一是如果我國(guó)汽車(chē)的油耗能降一半以上,年節(jié)油近2億噸,這有助于環(huán)境改善、提高能源安全。

二是純電動(dòng)汽車(chē)未必是最終目標(biāo)。我們要以節(jié)能減排為標(biāo)準(zhǔn),考評(píng)各條技術(shù)路線(xiàn)。未來(lái),增程式電動(dòng)車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)很有可能不燒油而燒醇類(lèi),類(lèi)似現(xiàn)在巴西的汽車(chē)燒乙醇。醇類(lèi)由太陽(yáng)能生物質(zhì)轉(zhuǎn)換而來(lái),不增加CO2排放,如果再加上發(fā)展熱效率很高的發(fā)動(dòng)機(jī),我國(guó)汽車(chē)的節(jié)能減排將取得很大突破。

增程式電動(dòng)車(chē)并不是“向純電動(dòng)汽車(chē)的過(guò)渡”,而是未來(lái)車(chē)輛的主力。尤其是增程式電動(dòng)車(chē)和磷酸鐵鋰電池配對(duì),更是如虎添翼。