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新能源及新能源汽車作為國家“十二五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),在政府的強(qiáng)力支持和各科研單位及企業(yè)的共同努力下,產(chǎn)業(yè)得到了飛速的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)...
新能源及新能源汽車作為國家“十二五”戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),在政府的強(qiáng)力支持和各科研單位及企業(yè)的共同努力下,產(chǎn)業(yè)得到了飛速的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)規(guī)模也不斷擴(kuò)大。
動力
電池作為新能源汽車的核心部件,其性能好壞是決定新能源汽車能否發(fā)展的關(guān)鍵。鋰離子電池是當(dāng)今國際公認(rèn)的最合適的化學(xué)能源,已成為新能源汽車動力電池的首選。隨著全球新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,對動力鋰離子電池的需求將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長的趨勢。但與此不相適應(yīng)的是動力電池在能量密度、安全性、循環(huán)壽命、高低溫性能、快速充電等方面都與市場期盼存在較大差距。
【一】能量密度低
動力電池能量密度的高低是電動汽車?yán)m(xù)航里程長短的重要參數(shù)。新能源汽車要進(jìn)入尋常百姓家中,續(xù)航里程是老百姓考慮的第一要素。電動汽車?yán)m(xù)航里程的終極目標(biāo),是要達(dá)到或者超越傳統(tǒng)燃油汽車。近些年來,各國科學(xué)家積極探索,對現(xiàn)有的鋰離子電池能量密度進(jìn)行了不斷的提升,但是由于材料本身的化學(xué)特性,提升力度有限。科學(xué)家也在嘗試其他新電池材料,例如鋰空氣電池、鋅空電池、液流電池、燃料電池等等,雖然取得了一定的研發(fā)成果,但是距離商業(yè)化、批量化還有很長的路要走。目前來看,鋰離子電池的能量密度要達(dá)到傳統(tǒng)燃油的能量密度,仍是一個較為遙遠(yuǎn)的夢想。
當(dāng)前來看,汽車動力電池對能量密度的基本要求為100~160Wh/Kg,越高越好。為了解決能量密度低的問題,對電動汽車的設(shè)計提出了
輕量化的要求。當(dāng)前全球電動汽車的領(lǐng)跑者
美國TeslaModel S,在設(shè)計上考慮了汽車輕量化的要求。和普通汽車相比,Tesla Model S省去了汽油機(jī)、油箱、變速箱、傳動軸等等,這讓車身結(jié)構(gòu)變得空前簡潔,幾乎就分底盤、車身兩個部分。其
輪胎和電動機(jī)幾乎融為一體,而整個底盤由電池組成,電池和框架緊密結(jié)合,剛性很好很強(qiáng)大。
【二】安全性能有待提高
電動汽車對動力電池安全性能的最低要求是一般情況下不能起火,任何情況下不能爆炸。滿足認(rèn)證要求,安全性主要從以下兩方面來講述:
1、電池一致性問題
眾所周知,鋰離子電池的一致性是目前難以解決的一個技術(shù)難題。電動汽車對動力電池安全性的要求幾乎達(dá)到苛刻的地步,傳統(tǒng)的手工操作難以滿足電池對一致性的要求,取而代之的是
現(xiàn)代化的自動線和流水線作業(yè)。然而
自動化生產(chǎn)帶來的另一個弊端就是,一旦某個工序或者細(xì)節(jié)出現(xiàn)了問題,機(jī)器或者流水線是難以識別出來的??上驳氖?,我們看到某些工序的自動化程度和設(shè)備精度越來越高,例如涂布、卷繞、封裝、注液工序,日韓在這方面的技術(shù)領(lǐng)跑世界。
同樣,在PACK成組后,也同樣存在一致性的問題。PACK由模組組成,模組由電芯通過串并聯(lián)完成。電芯的制造工藝相對成熟,而PACK的成組工藝,現(xiàn)在全球幾乎都沒有一個絕對的標(biāo)桿經(jīng)驗可以讓大家學(xué)習(xí),企業(yè)均在探索中發(fā)展、在摸索中前進(jìn)。動力電池有三種形狀,圓柱、方形鋼殼、軟包,如何將這些電池的連接工藝做到一致性,比較艱難。電動汽車的領(lǐng)跑者Tesla Model S85kWh版本,由7000個電芯組成,電芯的具體型號是松下NCR-18650A型(3.7V,3100mAh)。如何將這7000個電芯按一致的工藝連接在一起,是一個挑戰(zhàn)。把數(shù)千個電池管理好了可不簡單,電池的一致性、輸出、充電等都需要精細(xì)的管理,而這套管理系統(tǒng)也正是Tesla的核心技術(shù)之一。
2、電池微短路
電池微短路是電池行業(yè)另一個難以解決的技術(shù)難題。難點(diǎn)在電池做好后,微短路看不見、摸不著、測不到,在消費(fèi)者手上經(jīng)過長期的負(fù)載或者真實工況運(yùn)行后,“微短路”變成了“真短路”。近幾年的筆記本電池燃燒、手機(jī)電池燃燒、電動車轟動一時的幾起燃燒事件,均是電池燃燒爆炸或者起火,原因就是電池短路。
微短路的控制和預(yù)防,制造過程的細(xì)節(jié)尤為重要。鋰離子電池的三大殺手為“水分、粉塵、極片批峰毛刺”。細(xì)節(jié)決定成敗,例如在卷繞過程中,員工口罩沒有戴到位,一滴細(xì)小口水濺到極片上,就可能造成電池鼓脹;員工穿戴沒有到位,一個頭皮屑掉到了到極片上,就會造成微短路;交接班時,注液房人數(shù)超標(biāo),口腔呼出的氣也會造成水分超標(biāo)。
國內(nèi)
鋰電池的領(lǐng)先企業(yè)ATL
公司曾經(jīng)提出,在2012年徹底解決電池的微短路問題。雖然許多專家做出了不懈的努力,但是完全杜絕還需要時間。
【三】循環(huán)壽命不能滿足需求
作為消費(fèi)者,如果電動車的電池用2—3年就報廢了,或者用了半年或者1年電池電量就衰減太多,那是難以接受的。電動汽車對動力電池循環(huán)壽命的要求是3000次以上循環(huán)壽命,10—15年的使用壽命。無論在高溫或者低溫下,要求電池的內(nèi)阻變化要非常小,從而保證電池的長期循環(huán)壽命。循環(huán)壽命的長短,本質(zhì)上還是由電池的材料特性所決定,其次為制造過程中的控制,避免微短路,正確的使用和充放電??v觀現(xiàn)在電動汽車的電池,都難以達(dá)到。
【四】高低溫性能較差
在北方嚴(yán)寒的冬季,很多電動車就“冬眠”了,所以良好的高低溫特性也是動力電池一個主要的技術(shù)指標(biāo)。-30℃-60℃良好的輸出性能能夠滿足車用動力電池的使用要求,我們要求在-30℃低溫下放電容量至少大于85%才可,各種不同的材料溫度特性不同,不同的溫度對于電池的放電容量也不同,材料特性決定了電池的溫度特性。
在電動汽車上面,設(shè)計的考慮對PACK進(jìn)行良好的加熱(低溫時)和冷卻(高溫時)是必須的,傳統(tǒng)的水冷、風(fēng)冷是基本的方法,目前有一種新技術(shù)為油冷法,值得大家推敲和研究。
【五】快速充電能力低
傳統(tǒng)汽車加油只需要幾分鐘,而電動汽車目前不能做到幾分鐘就充滿電,但是至少要具備20—30分鐘的快速充電能力,目前的技術(shù)仍難以達(dá)到。
電動汽車的快換模式,是解決充電時間短的一個“臨時”辦法,快換可以做到和加油一樣,幾分鐘即可完成,但是,快換的巨額資金投入、對電池的平臺化、模塊化、以及標(biāo)準(zhǔn)化的要求都很高,不能從本質(zhì)上解決問題。
有一種材料,無論從安全性、循環(huán)壽命、高低溫性能、充電時間,都可以超越現(xiàn)在的幾種材料,那就是LTO(鈦酸鋰): LTO的材料本身具有本質(zhì)安全性,電池公司很擔(dān)心電池著火或者爆炸,但是鋰鈦氧化物沒有鋰的危險性高;LTO有很長的生命周期,對傳統(tǒng)鋰電池來說幾千個循環(huán)就已經(jīng)不錯了,但是對于LTO,循環(huán)壽命是傳統(tǒng)鋰電的十倍;LTO還有非常好的高溫、低溫的性能, LTO材料非常穩(wěn)定,低溫即使零下30℃下可以充到40%充電量,這個車可以在任何寒冷環(huán)境下使用;另外LTO還可以實現(xiàn)真正意義的快充,十幾分鐘就可以充滿電的80%以上。
但是LTO的能量密度較小,大概只是傳統(tǒng)鋰電池的50%—60%能量的密度,電壓也低,加上近期政府新補(bǔ)貼方案確定后,對于LTO的純電動客車發(fā)展不利,LTO的純電動客車至少配置80度電,電池成本在70萬左右,而新政的補(bǔ)貼只能拿到15萬,企業(yè)將難以生存。
【六】檢測標(biāo)準(zhǔn)和評價體系不完善
國家863電動車重大專項動力電池測試中心王子冬主任曾經(jīng)在一次行業(yè)會議上指出,中國的動力電池缺乏評價體系。我們現(xiàn)在有QC/T743-2006標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了電動汽車用動力電池的要求、試驗方法、檢驗規(guī)范、標(biāo)志、包裝、運(yùn)輸和存儲,但這個標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出現(xiàn)“過時”,急需進(jìn)一步完善。
國家標(biāo)準(zhǔn)來源于企業(yè)標(biāo)準(zhǔn),而企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)沒有創(chuàng)新,過度依賴于國家標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致針對動力電池的整個評價體系不完善。而在新能源汽車示范和推廣過程中,檢測標(biāo)準(zhǔn)和評價體系的建立、電動汽車的市場定位和商業(yè)推廣、充電設(shè)施的建設(shè)及最終產(chǎn)品的性價比也對電動汽車和鋰離子電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有決定性的影響。
盡管電動汽車發(fā)展之路坎坷,但其發(fā)展方向和目標(biāo)不會改變,新能源的道路也會一直走下去。首先電動汽車的市場定位很重要。城市公交系統(tǒng)可以說是最適合推廣的市場了,這個已經(jīng)被廣大車企和動力電池企業(yè)達(dá)成共識。其次,小型車市場應(yīng)該是最有可能的。類似TeslaModel S電動車走高端路線,其高昂的價格在國內(nèi)復(fù)制的成功幾率不大。反而是如Smart類的小型車電動化還是有前景的。時尚、充滿科技概念的小型電動車,走都市青年的路線是比較好的選擇。小型車純電化的好處在于能耗經(jīng)濟(jì)性比較好,同時電池不必做的太大,整車價格不至于太高,另外就是充電設(shè)施的建設(shè)問題,需要逐步的建設(shè)和普及。最后,對于消費(fèi)者而言,性價比才是王道。
這個性價比既包含購置、使用、維護(hù)的成本,同時也有準(zhǔn)入的問題。以北京為例,如果有外形新潮、性能合適、補(bǔ)貼后十萬左右的小車,在現(xiàn)在搖號幾率渺茫的情況下,還是會有不少人心動的。
中國的鋰電池技術(shù),與日韓等發(fā)達(dá)國家的技術(shù)相比,還是有較大的差距。國內(nèi)很多鋰電池企業(yè),簡單抄襲和沿用國外的技術(shù),過于注重追求利潤,技術(shù)沒有創(chuàng)新,從業(yè)人員的素質(zhì)偏低,工藝較為落后,長期如此是不能長遠(yuǎn)發(fā)展的。
綜上所述,鋰電池用于汽車動力領(lǐng)域還是面臨很多問題,但是可喜的是國內(nèi)除了以ATL、
BYD、力神、比克為代表的老牌鋰電企業(yè)外,還出現(xiàn)了如Boston-Power、萬向(A123)MGL、國軒、中航鋰電等專業(yè)做汽車動力電池的企業(yè),他們正在孜孜不倦為中國的新能源事業(yè)而努力。
最后,引用馬云的一句話來總結(jié):今天很殘酷,明天更殘酷,后天很美好,但絕大部分是死在明天晚上。所以對于中國的新能源和新能源汽車,每個人不要放棄今天。