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汽车电池：摆脱浮躁之心

2019/10/16 13:57:112325

在新能源汽车火爆的今天，作为动力汽车锂电池四大正极材料之一的磷酸铁锂，成了炙手可热的概念。今年年初以来，有关磷酸铁锂电池技术专利争夺战升级的报道不断见诸报端。来自欧美的几大跨国公司称其拥有磷酸铁锂电池核心技术专利，大打专利之战。不仅如此，近期更有媒体报道，来自加拿大的Phostech公司与中国的电池生产企业谈判，并提出“入门费”1000万美元、每生产1吨磷酸铁锂交2500美元的苛刻要求。专利之战似乎又给这项技术增加了更为神秘的光环。然而，似乎社会对磷酸铁锂过早地寄予了厚望，有关专家指出，磷酸铁锂动力电池不是电动汽车动力的有效解决方案。 “不要把磷酸铁锂在电动汽车动力电池中的作用夸大了。”国家科技部973计划电动汽车储能项目首席科学家、上海交通大学马紫峰教授说，“学术界的观点认为，磷酸铁锂不可能是未来新能源汽车主要的动力电池。目前锂离子电池正极材料主要有四种，磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂以及三元材料。从单电池电压来看，磷酸铁锂比钴酸锂等材料低很多，磷酸铁锂电池的能量密度偏低，电池系统体积很大，大规模运用未必合适，还需要做更多技术论证。我们很多企业一窝蜂争上磷酸铁锂项目，容易被外国企业钻空子。” 切忌盲目上马 近几年，新能源汽车市场正在蓬勃地发展起来。数据显示，到2012年，中国将形成50万辆新能源汽车产能，以单车使用2万元电池(综合考虑混合动力和纯电动汽车)的平均水平测算，国内汽车动力电池市场规模可达到100亿元，相当于目前锂电池市场规模增长1倍。到2020年，新能源汽车带动的全球车用动力电池市场需求将超过2000亿元。不可否认的是，中国车用动力电池产业将迎来快速发展的黄金时机。相对的，在炙手可热的新能源汽车市场背后，相应的电池技术也被日益提上日程。目前，我国新能源汽车研发布局呈现出纯电动车、燃料电池车和混合动力车并驾齐驱的局面。纯电动汽车目前市场上主要使用的电池有镍氢电池、铅酸电池以及锂电池。应该说各种技术都还不纯熟，存在一些缺陷，很多实验室和企业也还在对此不断改进。目前从整体上来看，锂电池还存在一个安全性的问题。不管是锰酸锂还是磷酸亚铁锂，从循环寿命、可靠性、安全性、充放电性能来讲还存在各种缺陷。“国内最近一两年上电池项目的企业非常多，可真正突破的没有。锂电池里的五部分：正极材料、负极材料、电解液、隔膜、外包装，每一项都是很重要的，都是有核心技术的。研究其中一样已经了不得了。”常熟市合众环保能源技术研究所所长沙永康说。由此，对磷酸铁锂的狂热部分地反映了现在大多数中国企业的心态。在一项技术尚未成熟的前提下，不把更多的精力和金钱花在技术研究上，而是选择迅速上马，这实在是浪费资源。此外，目前国内锂电池的品质与国外还有很大的差距，主要是生产方式不同决定的。浙江工业大学化学工程与材料学院教授王连邦说：“中国企业机械化、自动化跟国外差别很大，很多都是手工的。一个电池还看不出来，上百个电池串联在一块，差别就非常明显。品质上的差距主要是电池的一致性。从原材料到产品，里面有非常多的工序。一批不同品质的产品都不一样。100个电池，有2个可能不是很好的。这是生产方式的问题，不是一两年能弥补的。” 沙永康也认为，不能保证一致性是很大的问题。“这种方式做手机电池是可以的，因为手机电池容量小。一个电动汽车开150公里，储电量要15千瓦时、20千瓦时的电池组，手机电池可能就1瓦时，相当于1.5万倍。我们大部分企业采用的是机械加手工的方式，一致性程度不高。现在的成品率还非常低。” 未来技术路径 如果锂电池不能担当起未来新能源汽车的发展重任，那么谁能唱主角呢？虽然国内还有很多企业大力推广铅酸电池，但是由于污染高这个特点，使得这个产品并不被看好，发展时也多有无奈的感觉。“铅金属的提炼、制造电池、回收电池的过程中都有污染，只有汽车在路上跑的时候没有污染。因此不能说这是清洁能源。铅酸电池不是一个值得大力推广的技术。目前铅酸电池在中国已经有45%的产量，欧美国家会使用，但是不制造、不回收，污染在中国。”沙永康说。相反，燃料电池是目前很多专家认准的方向，也有很多国际巨头不断在这个领域发力。燃料电池是一种将氢气和空气中的氧通过电化学过程结合成水并产生电能的发电装置。燃料电池工作不需燃烧，无转动部件，具有能量转换效率高(实际使用效率为普通内燃机的2~3倍)、无噪声、运行寿命长、可靠性高、维护性好等优点；它的唯一产物是水，真正符合清洁、可再生要求。从1994年第一辆燃料电池汽车问世到现在短短十几年的时间，技术的发展非常迅速。实际行动显示，目前世界各个国家对燃料电池的发展、燃料电池汽车技术的发展给予了非常高的关注。丰田已经宣布，第一辆燃料电池汽车将在2015年面市。去年9月，丰田、本田、现代、福特、通用、戴姆勒、起亚等知名汽车公司共同发表声明，呼吁各国政府在2015年前建立更多的氢燃料基础设施。如果这一目标能够实现，从2015年起，全球范围内将会有几十万辆氢动力汽车逐渐实现商业化生产。虽然现在燃料汽车的成本还非常高，但这是真正符合清洁标准的技术，业内人士认为，随着生产规模不断扩大，成本的降低只是一个时间问题。与此同时，氢气的安全问题也成了大家担心的重点，对此，马紫峰回答说，全世界对氢气安全问题的技术研究力度很大，氢气作为石油化工、冶金和制药等行业的重要原料，对其储运安排已经有了很好的解决方案。我们973项目团队正在参与制定车载储氢的国家标准和国际标准，目前实验室做的氢气钢瓶已经达到70兆帕，而商业用时大概只需35兆帕，安全系数大大提高了。另外，氢气的来源是多元化的。目前在上海，峰谷电的差异很大，夏天供电比较紧张，而春秋的电力供应富裕，利用峰谷电可以电解成氢气。而对于上海宝钢、上海石化等大企业来说，氢气已经是大规模的副产品了，所以说未来前景很广阔。就大方向来看，新能源汽车的推陈出新势必促使电池技术的拓宽。马紫峰认为，未来将燃料电池和蓄电池，或者燃料电池和电容器加以组合，结合二者的优势，是很好的方向。“我们知道，对于设计好额定功率的燃料电池，受氢氧电化学反应的制约其输出功率是稳定的，如装载60千瓦燃料电池的汽车，在减速或停车时燃料电池始终在工作，这时多出来的就给蓄电装置充电，当汽车加速或爬坡时，燃料电池的功率不可能从60千瓦变成70千瓦，这个就用蓄电装置来补充，这种组合有利于动力性能的改善。总之，要多选择一些方向，向更前沿的地方看。比如我们现在和美国密歇根大学合作研究锂-空气电池等最新技术，这个相对比较遥远，要15年之后才会有大的发展。”沙永康也认为，新能源汽车的技术是非常多样的，不应该把全部目光都聚焦在电池本身。新能源的概念一定要宽，有了宽的概念才有新的思路。也许不久的将来就能找到一种新的液体燃料，能够代替甲醇和乙醇。再比如将无线供电技术用在汽车上。虽然现在远距离应用还有一定问题，但是麻省理工学院在2007年时便可以通过这种技术点亮2米之外的60瓦灯泡，这给了人们无限的遐想。未来，将无线供电技术与汽车结合未尝不是一个可行的办法，省却了插电等繁琐的步骤。新能源汽车无疑是未来的发展方向，可能50年后便是传统内燃机车淡出历史舞台之时。不过正如沙永康所说的：“新能源汽车发展要扩宽思路，不能盯着一个不成熟的技术盲目上马生产。不能不看市场搞项目，单纯为了科研经费、为了国家补贴而行动。”日本丰田、本田等厂商十几年如一日潜心研究一项技术，一旦成熟，大力推向市场，其他企业只能在后面远远追赶。相较之下，中国企业想要在新能源汽车领域弯道超车，尚需静下心来。