《科技创新与品牌》杂志社院士天地

杨裕生做好用好现有电池研制安全高能材料

  他赞成研制比能量更高的锂离子电池,包括高比容量负极硅和金属氧化物材料,正极三元和富锂锰基材料,但要耐心、细致地解决安全问题

  不久前,在宁波举行的2014中国动力储能技术与材料大会上,中国工程院院士杨裕生作了题为《沉着做好用好现有电池 耐心研制安全高能材料》的报告,吸引了众多目光。报告中,杨裕生针对电动汽车电池的安全性能、电池的合理使用,以及电池企业的发展策略等做了详细解读。

  电动汽车电池的安全性最重要

  在国家大力推进新能源汽车发展的当今,杨裕生从动力电池的角度考虑电动汽车的发展,在一片埋怨电池比能量不高的发声中,他大声疾呼要将安全性永远放在首位。
  他一一列举了近年来频发的电池组着火事故:深圳某公司在公司本部的小轿车、武汉大客车、曹妃甸大客车着火;2011月5月14日,合肥一辆大客车冒起浓烟;2011年9月3日,深圳223路双层混动公交大巴冒烟;南方电网的储能锂离子电池组冒烟2次;2012年3月27日,山东理工大学大巴镍氢电池失火;2013年上半年,山东电动汽车的铅酸电池爆炸……。可见,绝对安全的电池是没有的。杨裕生总结道:“电池比能量越高,安全性问题越大。”他认为,电池安全性是一个事故概率问题。既然是概率,它就可以用数值来表示,现在还是空白,应该花力气解决。
  诸如此类的安全性事件,国外也不胜枚举。例如Fisker Karma车一年内发生了3次自燃事件;2013年1月7日,波音787客机使用的日本汤浅锂离子电池在波士顿洛根机场着火,全球的50架787梦想客机全部停飞,约4个月后,美国联邦航空局才又批准787梦想客机恢复商业飞行;但6月4日,波音飞机的锂离子电池再次燃烧。风光十足的特斯拉,2013年10月1日起的45天里就烧了4辆车,事故频率创了世界最高纪录!为什么?最主要的原因是它用的镍钴铝正极材料,电池比能量虽然较高,但安全性欠佳。
  如何将燃烧、爆炸事故发生概率降低到最低点,杨裕生院士认为要从三个层次做起:首先,要承认电池组像汽油箱那样,是一种含高能物质的部件,有危险性的本质;其次,要将使用电池作为使用易燃、易爆物品和高电压器件一样认真对待,防患于未然;最后,要认真研究降低电池事故概率的措施。

  要充分用好安全性高的现有电池

  他说,今后十年内要充分用好安全性高的磷酸铁锂和锰酸锂电池,要通过陶瓷复合隔膜、耐热隔膜、热阻断隔膜,电解液中热聚合添加剂,离子液体等途径进一步改善安全性;通过提高电极材料比容量和密度、改进电池结构和工艺流程、严格控制质量、提高一致性,优化管理系统(BMS)等途径提高比性能和寿命。
  杨裕生说,他赞成研制比能量更高的锂离子电池,包括高比容量负极硅和金属氧化物材料,正极三元和富锂锰基材料,但要耐心、细致地解决安全问题。锂硫电池和锂空电池的理论比能量更高,但安全性、寿命、能量转换效率和比功率都不高的缺点要用更长时间、更大的投入才能克服,不是短时间内可以在电动车上实用的。特别是锂空电池,上述4个问题更突出,难度比锌空电池大得多,而所有金属空气电池经历上百年,至今无一可以作为可充电池规模使用。

  用锂离子电池做好增程式电动汽车

  在杨裕生看来,我国当前电动汽车发展“应该用好当前的电池来做好当前的电动汽车”,以微小型、短程、低速纯电动车为突破口,中大型汽车要以增程式电动汽车为主要过渡车种。
  杨裕生列举了增程式电动汽车十大优点:1.不必配太大容量动力电池—且可远行;2.电池组不会缺电和过放电—寿命延长;3.不一定用锂离子电池而用别种—价格低;4.夜间在停车场充电不另建充电站—省地;5.夜间充电使用电网的“谷电”—电网“填谷”;6.不需要充电/换电的周转电池—投入低;7.不需要大量的换电设施和人员—运行省;8.传统汽车设施和成就全继承—易加工;9.现有技术就可节油50%以上—节能减排多;10.政府补贴负担轻—较容易过渡到无补贴。
  “增程式电动汽车的概念最初是美国人提出来的,最早做出增程式电动公交车的却是中国人。”杨裕生说,“但在乘用车方面,2012年美国通用公司生产了两万多辆增程式电动轿车,而我国却引导企业生产与燃油车性能全面比拼的高档纯电动汽车,虽然补贴很高,市场反响却冷淡。”

  慎用锂离子电池做高级纯电动车

  “慎用锂离子电池做高级纯电动车。”杨裕生举了个BYD—e6例子:每辆车价格36万,续航里程可达300km,百公里耗电量为19.5度,使用磷酸铁锂锂离子电池近700公斤。这款续航里程不短、补贴也不少的纯电动汽车,为何用户不多呢?主要是不节能,性价比又赶不上燃油车,能花大钱买的富人不很多。
  同样理由,他认为特斯拉Model S在美国卖得火,但在中国不一定会那样风光。
  如果做好微、小型纯电动车,用比能量可达90~130Wh/kg、比功率可能大于1000Wh/kg的磷酸铁锂和锰酸锂锂离子电池,车重小于1吨,充电一次可行驶200公里,速度可达到80公里/小时,电池少,安全性高,价格低,又节能,比做豪华、长程车更合理。
  微小型纯电动车,也有新技术、新设计、新水平,并且有节能、省钱、安全等优势推动其发展。所以,全社会都应改变观念,以使用节能小型纯电动车为荣。

  铅酸电池:微型、低速、短程汽车动力电源

  现用铅酸电池的微小型、短程、低速纯电动汽车,价廉,安全性高,满足二、三线城市和乡镇行驶需求,又不要国家补贴,家用电表不需要增容就可以充电,节材、节能,使用与维修都方便。“低速电动车技术积累较好,它还是发展更先进汽车的阶梯。”杨裕生认为,低速电动车供不应求,说明它真是适合中国国情。
  由于这种车最高速度约50km/h,达不到“双80”的国标(最高车速不低于每小时80公里,续航大于80公里)。“虽受群众欢迎,却不让生产,也不能上牌照。政府应该改变政策,解决此矛盾现象,让低速短程车大量跑起来,立即可大量节省汽油,减轻城镇空气污染—这是一件利国利民的大好事。”杨裕生说。
  他还说,我国已研制成功铅炭电池,与铅酸电池相比,寿命延长,比功率提高60%,有可能使微型汽车达到“双80”的国家标准,应该大力促进其发展。

  不要冤枉铅酸电池

  铅酸电池本身不污染环境。每一辆燃油汽车都有一块,乘车人干净、方便,但是,有的人下了车却污蔑它“污染、落后”。
  铅冶炼和再生铅加工过程的环保工作很重要,如管理不善,可能会对环境造成危害。杨裕生举了一个通俗的例子:“即使是养猪,如果管理不当,粪便排放到河水中,也会造成环境污染。所以,铅酸电池也是一样,加工过程完善了就不会污染环境。美国的铅酸电池产量与我国相当,但不列为污染行业,是由于政府和企业都尽了责任。”
  杨裕生院士呼吁:“不要冤枉铅酸电池。”他说,由于法规不健全、监管不力,造成铅中毒的事件频发,却要算在铅酸电池的账上是不公平的。

  明确企业责任,改革补贴政策

  杨裕生说,我国对中高档电动乘用车的补贴在全世界范围内也属最高的,政府希望利用高额的补贴来开拓新能源汽车市场,事实上却适得其反。
  过高的补贴,泯灭了企业的社会责任感,养成了对补贴的过分依赖思想;也违背了市场规律,影响了企业根据市场规律自主选择电动车的发展方向,甚至有企业单纯冲着补贴搞新能源汽车;还有甚者,企业乘机抬高电动车价,加大了向无补贴过度的难度。
  在谈到企业社会责任时,杨裕生说,汽车企业在大把赚钱的同时,带来油料大量消耗、严重污染空气等负面影响。因此,各汽车企业有义务、有责任生产电动汽车,并逐年提高电动汽车在本企业产品中的比例额度—如1%、2%、3%……“义务和责任是不容讨价还价的,更是不必用金钱换取的。”
  杨裕生说:“目前用高补贴强推高端电动汽车,是在鼓励企业生产高价、高利润的车,但企业并不担心因车价高而难销,因为有政府通过各种渠道全部收购。”“按这条路走下去,政府花销很大,企业获利可观,却根本看不到市场化的前景。”杨裕生表示,为此有关部门应放弃强推高速远程纯电动车市场化的打算,放手让企业自主研发有销路的电动车。同时,要允许发展低速短程车,并充分利用好现有的电池,以少量的油在车上补充电能,大力发展节油50%的增程式乘用车和公交车。
  已过耄耋之年的杨裕生,以他满腔热情诉说了对我国电动汽车发展的求实见解,听众报之以一阵阵热烈的掌声。