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杨裕生:电容型磷酸铁锂电池是趋势

时间:2018/12/26 作者:威廉希尔公司app下载新能源 浏览:357

“在现有的成熟的电池技水平上,而不是一味追求高比能量,同样能制作出理想的电动汽车产品。例如,日本丰田以镍氢电池制作的PRIUS混动汽车,截至去年8月已经销售1千万辆,今年销售量又有大增长。该产品的电池用比能量只有50多瓦时/千克。”中国工程院院士杨裕生在11月8日举办的“2018第三届动力电池应用国际峰会(CBIS2018)”上表示,发展电动汽车安全性是第一位的。电动汽车和动力电池相互依存、促进,但又相互制约,动力电池的发展方向和电动汽车的发展方向要同步,为此,电容型磷酸铁锂动力电池将是下一代动力电池。

  采访:请您简要介绍一下,我国电动汽车技术路线大致经历了怎样的发展历程。

  杨裕生:我国电动汽车发展的“三纵”路线,最初是纯电动、混合动力、燃料电池汽车,后来混合动力汽车改为插电式汽车,再后来,插电式汽车又改为增程式汽车。这一变化前后经历了大约10年的时间。

  10年来,我一直主张要以安全成熟的电池技术发展节能减排汽车。在技术路线方面,一是以微小型纯电动汽车为突破口,二是大众型产品发展以纯电驱动的增程式产品。微小型电动汽车可以用铅酸电池做低速车,或用锂离子电池做高速车,由市场决定。增程式汽车可以解决纯电动汽车的“5大焦虑”,是市场化最可行的车种之一。

  今年1月,增程式汽车被列入新“三纵”,代替了旧“三纵”中的插电式。今年7月,在《汽车产业投资管理规定(征求意见稿)》中,增程式被列入纯电动汽车行列。

  未来的增程式汽车可以不烧油、不增加二氧化碳排放,可以全部靠太阳能供能。增程式不是向纯电动汽车过渡,而是未来汽车的主力。

  特别重要的一点是,不同的电动汽车发展路线需要不同的动力电池,对下一代动力电池技术的要求也不同。

  采访:在您看来,纯电动汽车路线下的下一代动力电池是怎样的?

  杨裕生:电动汽车发展的主要矛盾反映在电池上——安全性与比能量的矛盾。动力电池的安全性制约着电动汽车里程随心地“所欲提高”,我国的动力电池续航流程每年都在提高要求,或是“冒进”。

  目前,长里程纯电动汽车存在里程、安全、充电、价格、电池焦虑5大焦虑。动力电池的寿命短于整车,第一套电池有国家补贴,第二、第三套电池要企业自己花钱,补贴停了之后,里程越长,原来补贴越高的电动汽车就越难卖出去。

  追求长里程要有比能量高的动力电池,这就影响到安全性。当前,行业内已经形成了以提高比能量为首要指标的“惯性思维”。按这一观点来看,一再提高比能量的三元电池会是理想下一代纯电动车用电池吗?

  截至去年年底,特斯拉应用三元电池的电动汽车已经烧了十几辆……其实,三元电池针刺实验一直过不了关。针刺实验是原国家标准中必要的实验,现在已经把这个实验放在一边了。

  针对燃烧、爆炸情况,出现了下一代电池——全固态锂离子电池,其应用还存在界面稳定性差的问题,除非能出现像橡皮那样的全固态电解质,才可以解决这一问题。后来,研究者降低门槛,又提出了研发半固态或准固态的固态电池,不过还是要加电解液,且比功率、寿命、成本都存在问题。

  近两年,日本又提出了锂硫电池。它的理论比能量高,但安全性、体积比能量、放电倍率、能量转换率、循环次数低,“5低”问题真正解决之后才能用到车上。

  在追求高比能量期间,镍钴锰应用比例从333、523、622到811,危险性不断增加。虽然采取许多提高安全性的措施,但成组后的电池比能量并不是很高。例如,目前成组的三元电池约能做到160瓦时。

  锂空气电池要想成为动力电池更加渺茫。它的比能量可以达到700瓦时/公斤,这样电动汽车里程就可以媲美燃油汽车,但是问题更多,且比锂硫电池问题更大,很可能是“远水解不了远渴”。

  因此,我认为应该大力发展磷酸铁锂电池。

  采访:适用于增程式电动汽车的下一代电池又是怎样的?

  杨裕生:增程式汽车第一代产品是在车上装了一个增程器,第二代产品是优化了电力系统、电池,电动机功率、电池体积都减半,车身重量减轻。第三代产品叫发电直驱增程式,即发电机发的电不经过电池组,直接供给电动机,这样更加节能,电池更少、寿命更长。

  第三代增程式汽车的电池用量少,为了接受评测时发电机的性能,吸纳刹车初始时回馈的电能,下一代电池应该具有高倍率的充电能力。为此,我建议发展电容型磷酸铁锂电池。

  电容型磷酸铁锂动力电池将是下一代动力电池。电容性锂离子电是在正极材料里面要加活性碳。这样,电池的倍率性提高、寿命延长、低温性能改善,充放电的电压能达到100多毫伏。我们观察发现,没有加碳的充放电的两根线的距离比较大,加了碳之后充放电的两根线的距离就大大缩小。这说明,电容在里面起了好的作用——活性炭承担了大部分电流,使得车辆启动和刹车时候免于大电流对磷酸铁锂材料的冲击。如此才能满足增程式汽车的运行需求。