磷酸鐵鋰是車(chē)用動(dòng)力電池的主流選擇

9月26-27日，中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)在上海嘉定汽車(chē)城舉辦了最新一期的產(chǎn)業(yè)培訓(xùn)，本期主題是“電動(dòng)汽車(chē)核心技術(shù)突破與創(chuàng)新”，中科院物理所研究院研究員、博士生導(dǎo)師黃學(xué)杰、武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師艾新平作為行業(yè)專(zhuān)家代表對(duì)動(dòng)力電池及關(guān)鍵部件、核心技術(shù)，及下一代電池技術(shù)路線(xiàn)做了詳細(xì)深入地闡述。

華霆(合肥)動(dòng)力技術(shù)有限公司總經(jīng)理周鵬、上海電驅(qū)動(dòng)股份有限公司副總經(jīng)理張舟云、精進(jìn)電動(dòng)科技有限公司董事長(zhǎng)、總工余平、上海捷新動(dòng)力電池系統(tǒng)有限公司工程部副總工程師朱玉龍、新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)專(zhuān)家王英、華域汽車(chē)電動(dòng)系統(tǒng)有限公司電機(jī)設(shè)計(jì)高級(jí)經(jīng)理宋志環(huán)圍繞動(dòng)力電池發(fā)展趨勢(shì)與前沿技術(shù)分享了實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)。

動(dòng)力電池作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，它的性能影響著整車(chē)的速度、續(xù)駛里程等諸多方面，所以一直以來(lái)，對(duì)電池技術(shù)的研討從未停止過(guò)。由于不同材料對(duì)電池性能的影響，究竟哪種材料才是最適合車(chē)用的動(dòng)力電池更是業(yè)內(nèi)熱議的焦點(diǎn)，也是攻關(guān)的難點(diǎn)。

磷酸鐵鋰過(guò)時(shí)了?

作為“十二五”國(guó)家863計(jì)劃電動(dòng)汽車(chē)轉(zhuǎn)向總體組專(zhuān)家的黃學(xué)杰主要從事鋰二次電池及其相關(guān)材料、工藝和裝備技術(shù)的研究，他指出動(dòng)力電池在我國(guó)的發(fā)展主要有兩條技術(shù)路線(xiàn)，分別針對(duì)商用車(chē)和乘用車(chē)，商用車(chē)主要選擇磷酸鐵鋰電池，預(yù)計(jì)今年能突破160 Wh/kg;而乘用車(chē)因?yàn)閷?duì)比能量有較高要求，所以三元材料電池受到更多青睞，目前電池單體的比能量能夠達(dá)到220 Wh/kg，而電池包系統(tǒng)能達(dá)到150 Wh/kg。

然而這樣的比能量并不能滿(mǎn)足人們對(duì)更長(zhǎng)續(xù)駛里程的要求，所以人們還在不斷嘗試不同的材料。黃學(xué)杰介紹，除了鈷酸鋰在手機(jī)上應(yīng)用以外，其他錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、高鎳富鋰等都在不同程度上擁有一定的優(yōu)勢(shì)。

其中，NCA三元材料由于其單體比能量高，儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)，而受到一些青睞，法國(guó)的SAFT公司就曾經(jīng)將這種材料電池的用在衛(wèi)星上，如今，特斯拉也同樣配備的事NCA電池。但另一方面NCA的循環(huán)壽命卻較低，更重要的事其安全性能較差。雖然單體比能量高，但成組后的比能量卻大幅降低。那么為了保證更長(zhǎng)的續(xù)駛里程，則必然需要更多量的單體，那么在安全方面就會(huì)產(chǎn)生一定的隱患。

黃學(xué)杰對(duì)上述幾種材料的電池做了較為詳細(xì)的比較，鈷酸鋰雖然性能良好，但成本很高，所以只應(yīng)用于手機(jī)中;錳酸鋰成本較低，目前在商用車(chē)領(lǐng)域需求較多，但其比能量較低，所以低速車(chē)、兩輪車(chē)比較適用。綜合比較看來(lái)，黃學(xué)杰認(rèn)為，磷酸鐵鋰循環(huán)壽命長(zhǎng)，安全性、穩(wěn)定性強(qiáng)，成本也正在逐漸降低，所以依然是目前的主流選擇。

對(duì)于這一觀點(diǎn)，艾新平持同樣態(tài)度。曾參與國(guó)家科技部《新能源汽車(chē)轉(zhuǎn)向》指南編寫(xiě)的他堅(jiān)決反對(duì)為了增加續(xù)駛里程而盲目增加電池重量的做法，因?yàn)檫@種做法會(huì)導(dǎo)致車(chē)輛整體重量上浮，那么能耗也隨之升高，使得電動(dòng)汽車(chē)反而不環(huán)保，且這種做法導(dǎo)致成本也大幅度增加，不利于市場(chǎng)推廣。

所以艾新平強(qiáng)調(diào)，動(dòng)力電池總體的發(fā)展方向，必須在滿(mǎn)足安全性、長(zhǎng)壽命、循環(huán)壽命等指標(biāo)下大幅度提升比能量。綜合比較各種材料電池，他同樣認(rèn)為鋰離子電池仍是動(dòng)力電池發(fā)展的重點(diǎn)。

如何提高磷酸鐵鋰的比能量?

黃學(xué)杰提出，磷酸鐵鋰?yán)^續(xù)研發(fā)的重點(diǎn)不是材料本身的改進(jìn)，而是在于電池的設(shè)計(jì)以及配套的負(fù)極材料方面。在他看來(lái)，磷酸鐵鋰經(jīng)過(guò)這些年的發(fā)展，已經(jīng)形成了年產(chǎn)10萬(wàn)噸以上的產(chǎn)能，材料的技術(shù)已經(jīng)非常成熟了。那么接下來(lái)需要重點(diǎn)研究的是給磷酸鐵鋰配什么樣的負(fù)極材料才能更好的發(fā)揮其優(yōu)良性能。

黃學(xué)杰以?xún)煞N材料為例，一種是可以在低溫下快速充電的，另一種是可以有更高比能量的。低溫下可以快充的是石墨烯材料，擁有較高比能量的是硅碳材料，且必須是納米級(jí)的硅。

對(duì)此，艾新平表示，想要提高磷酸鐵鋰的比能量，就必須解決硅負(fù)極的循環(huán)庫(kù)倫效率低和富鋰錳基的電壓衰減問(wèn)題，才有望發(fā)展出比能量突破400Wh/kg的先進(jìn)鋰離子動(dòng)力電池;而從遠(yuǎn)期看來(lái)，革新型鋰離子電池較鋰硫、鋰空更具有現(xiàn)實(shí)可行性。他提出，開(kāi)發(fā)基于陰離子電荷補(bǔ)償機(jī)制的高容量富鋰氧化物正極(≥350mAh/g)，可以發(fā)展出比能量大于500Wh/kg的動(dòng)力電池。

艾新平強(qiáng)調(diào)安全性決定了高比能量電池裝車(chē)應(yīng)用的前景，發(fā)展自發(fā)熱控制技術(shù)和全固態(tài)電池是可行的解決方案，所以必須要加緊攻關(guān)。而高載量電極是實(shí)現(xiàn)電池高比能的基礎(chǔ)，根據(jù)極化模型，開(kāi)發(fā)梯度孔率電極，對(duì)于高比能電池發(fā)展具有重要作用和意義。

磷酸鐵鋰優(yōu)勢(shì)愈發(fā)顯現(xiàn)

黃學(xué)杰介紹，目前新一代的磷酸鐵鋰電池單體的比能量已經(jīng)可以達(dá)到175Wh/kg，成組后能夠滿(mǎn)足商用車(chē)150Wh/kg的要求。在他看來(lái)，沿著上述路線(xiàn)繼續(xù)研發(fā)，到2020年磷酸鐵鋰電池包實(shí)現(xiàn)180Wh/kg的目標(biāo)是可實(shí)現(xiàn)的，且還有更大的發(fā)展空間。黃學(xué)杰還指出，磷酸鐵鋰不僅在中國(guó)的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)比較雄厚，更重的是，其在商用、在儲(chǔ)能方面也均有應(yīng)用空間。

除此以外，艾新平提到，固態(tài)電池是未來(lái)的必然趨勢(shì)，而固態(tài)電池對(duì)抗氧化能力、低溫導(dǎo)電率等都有較高要求，而現(xiàn)在流行的三元材料、鈷酸鋰等都無(wú)法實(shí)現(xiàn)，只有磷酸鐵鋰電池能夠滿(mǎn)足。