電池革命如何重新“定義”汽車

“車輛電動(dòng)化是國際公認(rèn)的發(fā)展趨勢(shì)，電池的技術(shù)革命一直在路上。隨著汽車性能提升，對(duì)新型電池的需求也在不斷提高，將推動(dòng)電池技術(shù)及其系統(tǒng)集成、管理控制發(fā)生新的變化。”12月3日，北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院教授何洪文在由中國科協(xié)調(diào)宣部主辦的“科學(xué)麻辣燙”第四期活動(dòng)上如是說。

問鼎2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的鋰電技術(shù)已在電動(dòng)汽車、手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭。本次活動(dòng)以“電池革命如何重新‘定義’汽車”為主題，邀請(qǐng)了北京理工大學(xué)材料學(xué)院教授陳人杰、何洪文，全國廢棄化學(xué)品處置標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)委員林曉3位專家，與媒體一起聚焦電池革命對(duì)汽車領(lǐng)域發(fā)展的影響、探討電池技術(shù)將如何推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。

頻頻“著火”為哪般?

我國的新能源汽車市場(chǎng)保有量和增量已居世界第一。工業(yè)和信息化部日前就《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》公開征求意見，新能源市場(chǎng)又將迎來新的15年發(fā)展機(jī)遇期。

該規(guī)劃提出，力爭經(jīng)過持續(xù)努力，我國新能源汽車核心技術(shù)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，純電動(dòng)汽車成為主流，燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，公共領(lǐng)域用車全面電動(dòng)化，到2025年新能源汽車新車銷量占比達(dá)到25%左右。

但是，多年來動(dòng)力電池著火事故頻發(fā)、續(xù)航虛高等問題，嚴(yán)重影響著消費(fèi)者對(duì)新能源汽車市場(chǎng)的信心。

“雖然電動(dòng)汽車暴露出一些安全隱患，但可以從安全的動(dòng)力電池材料體系及其安全管理方面解決。” 何洪文表示。他告訴記者，目前業(yè)內(nèi)正從動(dòng)力電池安全風(fēng)險(xiǎn)在線評(píng)估、異常性能單體預(yù)警管控以及整車的安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多方面構(gòu)建安全保障體系，完善電動(dòng)汽車的安全性能。

“鋰離子電池易燃主要和電解液有關(guān)。”陳人杰表示，現(xiàn)在電池的制造工藝、生產(chǎn)過程的安全管理等已有了很大提升，但依然使用液態(tài)電解質(zhì)，未來可以通過研發(fā)固態(tài)的電解質(zhì)體系提升電池的安全性。

陳人杰認(rèn)為，改進(jìn)電池的安全性可以從兩方面入手，一是優(yōu)化和改良電池材料，二是對(duì)電池的結(jié)構(gòu)和制備工藝進(jìn)行改進(jìn)。

“大數(shù)據(jù)、云管控、智能化為完善動(dòng)力電池的安全管理提供了新抓手。”何洪文表示，通過安全的電池材料體系升級(jí)，再輔以智能化的動(dòng)力電池管理，可以進(jìn)一步完善動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全性能。

“出不了遠(yuǎn)門”怎么辦?

“出不了遠(yuǎn)門”，一直是新能源汽車用戶心中的“痛”。為解決“里程焦慮”問題以及滿足補(bǔ)貼政策要求，當(dāng)前已有諸多高能量密度的動(dòng)力電池涌現(xiàn)。

陳人杰表示，科學(xué)家一直在致力于提升電池“電力”，開發(fā)具有更高能量密度的電池體系。從鉛酸電池、鎳鎘電池再到現(xiàn)在的鋰離子電池，電池材料不斷變化，電池的能量密度也不斷提高。

“和現(xiàn)有的鋰離子電池相比，鋰硫電池的能量密度可以做得更高。”陳人杰稱，目前其研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)高性能電池體系，利用新材料提升電池的能量密度、循環(huán)性能、功率特性和安全性等。

除了利用新材料，還可以通過電池的充放電管理讓電池更持久。何洪文表示，動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能不僅僅取決于單個(gè)電池的性能，鑒于動(dòng)力電池組具有的“木桶效應(yīng)”和充放電末期具有的“掃帚效應(yīng)”，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池組的能量、安全、耐久性管理也很重要。

何洪文提出，通過建立電池的高精度模型，采用先進(jìn)的估計(jì)算法并引入狀態(tài)反饋修正，可以有效保證電池狀態(tài)量的估計(jì)精度。

電池“報(bào)廢潮”如何應(yīng)對(duì)?

隨著越來越多的電動(dòng)汽車投入市場(chǎng)，廢舊電池的處理成為難題，快速發(fā)展的新能源行業(yè)也迎來電池的報(bào)廢潮。新能源汽車國家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2020年，我國報(bào)廢電池累計(jì)約為20萬噸。

“2018年我國報(bào)廢電池達(dá)6000噸左右，3年后的數(shù)據(jù)將達(dá)到20萬~30萬噸，因此迫切需要工業(yè)解決方案。”林曉表示，報(bào)廢電池留在城市中會(huì)有污染和安全風(fēng)險(xiǎn)，必須將報(bào)廢電池資源回收，消除風(fēng)險(xiǎn)。

過去十年電池的價(jià)格已經(jīng)降至原來的1/10，這意味著電池材料中的金屬價(jià)格接近電池成本價(jià)格。林曉表示，通過電池回收，回收企業(yè)可以基本實(shí)現(xiàn)盈利，但還需要探索更加成熟的工業(yè)解決方案。鋰離子電池的回收技術(shù)，在常規(guī)的消費(fèi)領(lǐng)域已經(jīng)存在，但動(dòng)力類電池的材料和系統(tǒng)不一樣，需要進(jìn)一步研發(fā)來解決問題。

“廢舊電池的處理不應(yīng)再走先污染后治理的老路。”陳人杰說。電池在設(shè)計(jì)制造的源頭上，要選擇一些對(duì)環(huán)境友好的綠色電池材料，同時(shí)要兼顧電化學(xué)性能，構(gòu)筑綠色電池體系，通過再設(shè)計(jì)、再利用、再回收，真正達(dá)到電池的綠色指標(biāo)。