電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
在上汽大眾新能源汽車加工車間內，工作人員在加工流水線上作業。新華社記者丁汀攝
世界新能源汽車大會展出的不同性能氫燃料電池發動機。本報記者郭靜原攝
充電時間長、用車成本高，電動車靠譜嗎？冬天駕駛電動車，續航能力分明降低，有好的處理方法嗎？報廢電池可以無害化解決嗎？電池技術革命正對汽車范疇萌生深刻影響，要怎么樣讓它為便捷、安全出行保駕護航，專家為您答疑解惑。
電池，已經深度融入人們生活的方方面面。其中，問鼎2019年諾貝爾化學獎的鋰電技術在汽車、手機、筆記本電腦等范疇廣泛使用。目前，我國新能源汽車市場保有量和增量雙雙位居世界第一，電動車的油箱備受關注。那么，電池技術將要怎么樣推動汽車產業的進步，讓人們出行更加便捷、安全？在我國科協近日推出的科學麻辣燙活動上，3位專家聚首，共同探討電池革命對汽車范疇發展的影響。
電池革命是不是到來？
說起電池，很多人的第一印象不過是生活中微不足道的電子配件。起初，科學界也把電池歸為電子元器件類別加以研究開發。而隨著電子產品快速普及，人們對能源的需求日益增大，電池的地位水漲船高。
上世紀，傳統化石能源的無序發展和使用導致環境污染嚴重，新型清潔能源和大鉅大鋰電規模儲能系統成為當前新的發展熱點，要具有優良電化學性能、綠色環保、價格低廉的二次電池來構建‘電力銀行’。北京理工大學材料學院教授陳人杰告訴記者，二次電池是新型清潔能源交通的核心技術，5G移動通訊、航空航天等范疇都對其安全性、能量密度、環境適應性等性能提出更高要求。
出不了遠門。生活中，電動車的續航問題時常困擾用戶。其實，科學家一直致力于提升電池電力，從鉛酸蓄電池、鎳鎘電池、鎳氫電池，再到今朝的鋰電池，通過理論沖破、材料創新，電池的能量密度一直不斷提高。與現有鋰電池相比，鋰硫電池的能量密度可以更高。陳人杰解析，目前他和研究團隊正針對電池能量密度、循環性能、功率特性和安全性等方面逐一提出改進思路和研究策略，希望通過材料的革新真正開發出更優性能的鋰硫二次電池體系。
電池革命僅僅發生在材料范疇嗎？答案顯然是不是定的。通過合理、高效的充放電管理也能讓電池使用更加持久。動力鋰離子電池系統的性能不僅取決于單個電池，鑒于其具有的‘木桶效應’和充放電末期的‘掃帚效應’，增強對動力鋰離子電池包的能量、安全、耐久性管理也很緊要。北京理工大學機械與車輛學院教授何洪文表示。
而伴隨著鋰電池技術進步，以及整車、電機、電池和電控技術不斷完善，使得高性能、長里程電動車成為可能。長續航里程設計是目前電動車性能升級的特征之一。何洪文舉例，北汽純電動車續航里程由最初的140公里升級到目前的500公里以上，續航里程對電動車來說已不是問題。
電動車值得買嗎？
如今，穿梭在大街小巷的綠牌車越來越多，而與新能源汽車市場一同生長的，還有觀望者的疑問。
電動車充電時間長？專家表示，技術創新也在推動完善汽車充電方案。不僅有慢充、快充、無線充電等多樣化充電處理方案，公眾還能通過換電的方式實現能源快速補充，有效提升電動車駕駛體驗。
電動車成本高？何洪文不這么認為。他說，電動車的售價可能偏高，但從汽車的購置成本、使用成本和維保成本等全生命周期綜合成本來看，以10年為單位計算可以得出：電動車的全生命周期成本比傳統汽車還要節省約10%。
還有消費者最關注的安全問題。車輛電池著火消息不時見諸報端，電動車還能讓大家放心購買嗎？雖然電動車暴露出一些安全隱患，但可以從安全的動力鋰離子電池材料體系、動力鋰離子電池的安全管理方面處理問題。何洪文說，我國已率先建立新能源汽車三級監管平臺，積累了充足的一手數據，努力完善電動車的安全性能。
其中，改進電池的安全性可以從兩方面入手：一是電池材料的設計優化和改性，最筆直的辦法就是對不同電解質材料開展創新；二是改進電池的結構和制備工藝。對此，陳人杰解釋，現有鋰電池緊要仍使用易燃易揮發的有機液態電解液，熱穩定性差、易發生安全鋰電池事故。而固態電池是二次電池發展的緊要方向，它的關鍵技術是研究開發性能優良的固態電解質，并實現其與電極材料的良好相容這些工作既是當前研究的熱點也是難點，還要我們繼續攻關和創新。
汽油車發展經歷了130多年歷史，消費者對電動車也要有耐心，行業各相關方要從目前暴露出的安全隱患著手，處理電動車里程、成本和安全等一系列問題。何洪文認為，電池安全管理技術完善是一個體系化積累的過程，要對電池開展基于模型和數據的安全在線評估，保證電池的安全；一旦電池發生問題要開啟主動管控，保證車輛安全；利用整車的主動防護設計舉措，為極端情況下留出足夠的人員逃逸時間，保證人員安全。總之，建立電動車安全風險多級管控長效機制，是保證電池狀態穩定和車輛安全的關鍵。
隨著科技進步，大數據、云管控、智能化為完善動力鋰離子電池的安全管理供應了新契機。何洪文表示，通過安全的電池材料體系升級，再輔以智能化的動力鋰離子電池管理，可以進一步完善動力鋰離子電池系統的安全性能。同時，隨著碳交易政策的推行，電動車全壽命周期的成本優點及規模化市場效益還將日益凸顯。車輛電動化是國際公認的發展趨勢，汽車性能提升導向對新型電池的需求也在不斷提高，電池技術革命一直在路上。何洪文表示。
換電池還不如換車？
2013年，北京開始純電動車在私人范疇的示范推廣，我國首批電動車車主誕生。如今6年時間過去，一批又一批車主選擇了電動車，但是隨之而來的是新能源汽車電池面對報廢潮，換電池的高昂價格讓他們感慨，換電池還不如換車。
隨著越來越多的電動車投入市場，廢舊電池的解決成為難題。2018年，我國報廢電池達6000噸左右，3年后的數據會達到20萬噸至30萬噸，這對工業處理方案的要求特別急切。全國廢棄化學品處置標準委員會委員林曉說，非得對報廢電池資源開展規范回收，戒備污染和安全風險。
電動車報廢電池的關鍵問題在于收集渠道和資源化利用。舊手機、充電寶等電子產品的回收解決尚未建立合規渠道，要怎么樣從消費者手中收集電動車報廢電池，在處理安全隱患的同時又能回收資源，這是將來最大的挑戰。林曉向記者展示了一組數據，一臺純電動車的電池從自動化組裝到出庫最快僅需2分鐘，但電動車的電池拆解則要2名工人操作近8小時；另據統計，我國消耗的鋰資源中，來自回收的鋰資源占比不到10%，部分電池依然沒有得到有效回收利用。
隨著鋰電池的規模化、高鎳化，其價格也越來越低。過去10年中，電池的價格已經降至原來的十分之一，材料溢價的部分日益減少，這意味著電池材料中的金屬元素價格已經越發接近電池價格。林曉表示，通過電池回收可以基本實現盈利，但仍需探索更加成熟的工業處理方案。目前，鋰電池的回收技鋰電池廠家術在常規消費范疇已經存在，但動力鋰離子電池的材料和系統不一樣，亟待進一步研發來處理問題。
廢舊電池的解決不應再走先污染后治理的老路。陳人杰提議，電池在設計制造源鋰電池頭要選擇對環境非常友好的綠色電池材料，同時要兼顧電化學性能，構筑綠色電池體系，通過再設計、再利用、再回收，真正達到電池的綠色指標。
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