2018年2月,財政部、工信部等四部委聯(lián)合發(fā)布《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》,取消了對續(xù)駛里程150公里以下純電動車的補貼,對續(xù)駛里程超過300公里的純電動車補貼則增至3.4萬元,超過400公里的車型補貼增至5萬元。
美國加州大學戴維斯分校中國交通能源中心主任王云石分析,這意味著純電動車在達到與汽油車類似的續(xù)駛里程后,續(xù)駛里程越長越好。新政策可能希望通過對動力電池系統(tǒng)能量密度的要求,來推進動力電池的發(fā)展。
鋰電池的能量密度(Wh/kg)是指單位重量的電池能儲存的能量多少,主要由電池的材料特性決定。按普通鉛酸電池的能量密度約為40Wh/kg計算,如果使用鉛酸電池驅動家用汽車行駛200公里以上,則需要將近1噸的電池。因此把電池重量控制在一定范圍的前提下,電池的能量密度越大,汽車的續(xù)航里程就越長。
能量密度數(shù)值理應是越高越好,但電池是能量高度集中的小型裝置,當更小體積里聚集更多能量時,如果使用不當,比如溫度升高或突然遇到劇烈碰撞,其產(chǎn)生的后果甚至可以和炸彈相提并論。
根據(jù)新能源研究院真鋰研究發(fā)布的最新數(shù)據(jù),2018年6月份之后,120Wh/kg的電池包的裝機量占比達到了約95%,而一年前的6月該比重僅為7.3%。也就是說國內(nèi)電池系統(tǒng)能量密度的進步數(shù)以“驚人的速度”遠遠超過了海外。
2017-2018.8 中國電動汽車乘用車產(chǎn)量中不同能量密度電池包的裝機占比 來源:真鋰研究
盡管在高能量密度電池包的裝機數(shù)量有了極大提升,但如何平衡能量密度與安全性的問題尚未得到解決。
“在今天,能量密度毫無疑問和電池安全性成反比,我們還沒有解決好這個問題! 其魯表示。
目前中國國內(nèi)量產(chǎn)的鋰電池,理論電芯能量密度在300到400Wh。在這個上限尚無突破辦法的情況下,可以通過減磨隔膜的方式,擴大材料空間,從而提高能量密度。隔膜的作用是使電池的正、負極分隔開來,防止兩極接觸而短路,并讓電解質離子通過。
“這是最簡單,也是最危險的辦法!蓖踝佣硎尽
王子冬介紹,此前他的研究團隊了解過三星Note7的著火事件,檢查發(fā)現(xiàn)三星Note7的電池使用的隔膜約在45微米到46微米左右厚,在使用同質材料的情況下,有些動力電池制造廠商甚至在考慮用10微米、8微米厚的隔膜,在他看來這樣的想法“很膽大”。
由于電池制造過程當中避免不了掉顆粒的現(xiàn)象,實際隔膜都會帶些細微的“工傷”,在材料沒有突破的前提下,超薄的隔膜、可燃的電解液、加上暗流涌動的枝晶,若在這一環(huán)節(jié)鋌而走險便會埋下爆炸隱患。
“在沒有掌握住鋰電池的著火規(guī)律前,把控能量密度、安全性和壽命的平衡關系,是我們不能忽視的問題。”王子冬說。
實際上,能量密度與安全性這一“魚與熊掌”的問題,不僅困擾著中國的鋰電池技術發(fā)展,同樣也困擾著業(yè)內(nèi)領先的韓國和日本。來自德意志證券韓國公司的分析師Seunghoon Han表示,目前沒有哪家公司敢說其技術路線是完全確定的,但每個公司都認為他們的電池是最安全的。鑒于其他很多行業(yè)都通過標準化和規(guī)范化,引導解決了很多安全問題,如今鋰電池行業(yè)發(fā)展面臨的這些安全問題,或許也可以需要標準化來解決。而這些發(fā)展瓶頸期的問題,并不影響快充技術和提高能量密度依然是未來的技術發(fā)展方向。
“只有將安全指標標準化、規(guī)范化之后,技術發(fā)展才會更容易確定哪些是更安全的,哪些是不安全的!盚an表示。
另一方面,高能量密度意味著需要高密度的材料,高密度的材料將會決定儲存電能的大小。當一種材料能做到的厚度達到安全極限卻還低于人們期望的時候,很多人將目光轉向尋求新的材料。王子冬認為,如果沒有材料上突破,突破高能量密度這一問題,將會在瓶頸期會停滯很長的時間,10年或50年都有可能。
而對于最近很火的石墨烯、納米材料等,其魯卻并不看好。他表示,包括此前使用的硫酸亞鐵鋰在內(nèi),這些材料實際上都是低密度材料,而三元材料多元材料等密度則高很多,未來甚至還能將密度做得更高。
“從材料角度看,石墨烯導電性能好,但由材料推導到電池再推導到電動車上,概念能一樣嗎?”其魯說,“納米材料在這個領域當中不會有什么具體應用。”
不管是快充還是高能量密度,其魯認為一定要戒驕戒躁、保持警惕,尤其對類似固態(tài)鋰電池這類能保證能量密度、使用又安全的技術,在沒有很好電導率的電解質材料出現(xiàn)之前,對這類電池的產(chǎn)業(yè)化不應抱有太多期望。
“我們還是要全力以赴發(fā)展出我們可行的技術,我認為最重要的是我們‘明天的技術’。”其魯表示。