今年前9個(gè)月，我國(guó)三元鋰電池累計(jì)實(shí)現(xiàn)裝機(jī)16.9GWh，在累計(jì)總裝機(jī)量中的比重已經(jīng)過(guò)半，提升到了58.54%。
但是兩個(gè)月前，中國(guó)工程院院士楊裕生發(fā)表了一篇署名文章，旗幟鮮明的反對(duì)大力發(fā)展三元?jiǎng)恿﹄姵兀瑧?yīng)重視磷酸鐵鋰電池發(fā)展。
此文一出，引發(fā)了三元?jiǎng)恿﹄姵叵嚓P(guān)廠商的猛烈回?fù)?。?duì)于這些回?fù)?，楊裕生表示，歡迎業(yè)內(nèi)進(jìn)行廣泛討論。
因在我國(guó)核相關(guān)方面的突出成就，1995年5月，楊裕生當(dāng)選為中國(guó)工程院院士。1998年，他開(kāi)始研究電池，從1998年至今一直從事高能密度二次電池、超級(jí)電容器等研究開(kāi)發(fā)，是中國(guó)高能二次電池-鋰硫電池的開(kāi)拓者。
11月8日，作為電池領(lǐng)域的權(quán)威專(zhuān)家，楊裕生院士接受了能見(jiàn)的專(zhuān)訪(fǎng)，就三元電池安全問(wèn)題，以及電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展路線(xiàn)與下一代動(dòng)力電池進(jìn)行了詳細(xì)解答。
三元?jiǎng)恿﹄姵匕踩珕?wèn)題暫時(shí)無(wú)法解決
能見(jiàn)：楊院士，您上次撰寫(xiě)的文章影響非常大，當(dāng)然許多三元電池相關(guān)廠商也進(jìn)行了回應(yīng)，他們中一部分人可能認(rèn)為您的觀點(diǎn)并不科學(xué)，您如何看待他們的回應(yīng)？
楊裕生：首先看一個(gè)現(xiàn)象，特斯拉采用的是三元電池，但是去年年底已經(jīng)燒了十幾輛車(chē)，他可以叫“燒車(chē)的冠軍”，今年特斯拉又燒了4輛車(chē)，就在5月份燒了2輛車(chē)，燒死了3個(gè)人、燒傷了1個(gè)人。今年，我們國(guó)家已經(jīng)燒了38輛車(chē)，90%以上是乘用車(chē)，主要采用的是三元電池。當(dāng)然這個(gè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并不太準(zhǔn)確，但是總體可以反映一個(gè)情況。
三元鋰離子電池一旦著火，火勢(shì)蔓延太猛，來(lái)不及逃生。實(shí)際上，三元鋰離子電池針刺實(shí)驗(yàn)過(guò)不了關(guān)，以前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里面是要求必須進(jìn)行針刺實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的，但是現(xiàn)在已經(jīng)把這個(gè)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)放在一邊了，而且允許乘用車(chē)上敞開(kāi)使用。
現(xiàn)在已經(jīng)形成了以提高比能量為首要指標(biāo)的“慣性思維”。所以鎳鈷錳比例從333、523、622到811，危險(xiǎn)性不斷的在增加。三元電池現(xiàn)在采取許多措施來(lái)提高安全性，成組之后它的能量比并不是很高，比如三元電池現(xiàn)在成組能夠到160Wh/kg的多一點(diǎn)，而磷酸鐵鋰電池現(xiàn)在有的公司也已經(jīng)做到150Wh/kg，單體做到180Wh/kg。
能見(jiàn)：質(zhì)疑您的觀點(diǎn)中，有這樣一種聲音，您說(shuō)三元電池有危險(xiǎn)性，出現(xiàn)車(chē)輛自燃現(xiàn)象，但是也有磷酸鐵鋰電池也發(fā)生過(guò)燃燒，您如何看待這個(gè)觀點(diǎn)？
楊裕生：這是本末倒置，磷酸鐵鋰電池比三元電池安全，是從技術(shù)層面來(lái)看是這樣，但是并不代表磷酸鐵鋰絕對(duì)的安全，也不代表所有的廠家生產(chǎn)出來(lái)的質(zhì)量都非常好。從工藝層面上看，有的磷酸鐵鋰動(dòng)力電池制造企業(yè)可能不過(guò)關(guān)，可能也會(huì)導(dǎo)致安全問(wèn)題。
從過(guò)去發(fā)生燃燒的電動(dòng)汽車(chē)案例來(lái)，三元電池的占比是最大的。在同樣的條件下，三元電池要比磷酸鐵鋰電池危險(xiǎn)的多。
能見(jiàn)：三元電池安全性差的技術(shù)原理是什么？
楊裕生：電池組像汽油箱那樣，是一種含高能物質(zhì)的部件。鋰離子電池中的電解液是用有機(jī)溶劑配制而成，其易燃的程度不亞于汽油。正極的氧化劑和負(fù)極的還原劑只隔一層微米級(jí)厚的隔膜，內(nèi)短路則生熱；充放電時(shí)，電池內(nèi)阻也生熱。在達(dá)到一定溫度時(shí)，正極上的氧化劑可與電解液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。大量的化學(xué)反應(yīng)熱會(huì)造成熱失控，產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致氣壓升高、電池破裂，繼而出現(xiàn)車(chē)輛燃燒、爆炸情況。
正極的氧化劑不同，電池發(fā)生熱失控的溫度也不同。使用熱失控溫度越低的正極材料，電池的安全性越差。特斯拉用的三元鋰離子電池，熱失控溫度不足200℃，尤其是三元材料在達(dá)到一定溫度時(shí)還會(huì)分解釋放出極活潑的初生態(tài)氧，即使在沒(méi)有外界氧氣供應(yīng)的情況下，這種電池內(nèi)部就“完整地具備”燃燒三要素。試想，其安全性能高嗎？這也是三元鋰離子電池起火后，火勢(shì)蔓延迅速且難以撲滅的原因。
相比之下，磷酸鐵鋰分子里的氧被牢固地束縛在磷酸根中，很難成為助燃劑，磷酸鐵鋰電池的熱失控溫度要高得多，其安全性高得多。
能見(jiàn)：您覺(jué)得三元電池安全性差，是從理論上來(lái)說(shuō)根本就無(wú)法解決，還是因?yàn)槟壳肮に噯?wèn)題無(wú)法解決？
楊裕生：從理論上來(lái)說(shuō)，三元安全性問(wèn)題是非常難以解決的，起碼目前業(yè)內(nèi)水平是無(wú)法達(dá)到的，想解決三元電池的安全問(wèn)題，難度是非常大的。
補(bǔ)貼一旦取消，三元電池將受到巨大沖擊
能見(jiàn)：既然明知安全問(wèn)題無(wú)法解決，為什么還要大力發(fā)展三元電池，而且近兩年三元電池市場(chǎng)份額提升的非?？欤?/div>
楊裕生：主要是利益機(jī)制，國(guó)家的補(bǔ)貼機(jī)制鼓勵(lì)高能量密度，電池廠商為了追逐利益在缺乏科學(xué)性的情況下，大力發(fā)展三元電池。
能見(jiàn)：他們不擔(dān)心嗎？
楊裕生：我國(guó)是沒(méi)有汽車(chē)召回制度的，即便該批次汽車(chē)出現(xiàn)問(wèn)題，比如動(dòng)力電池安全性問(wèn)題，目前也沒(méi)有召回制度，缺乏對(duì)廠商的制約和監(jiān)管。
能見(jiàn)：最近有些媒體報(bào)道，明年新能源汽車(chē)補(bǔ)貼整體退坡40%，2020年再退坡40%，直至全部退出。這對(duì)動(dòng)力電池格局會(huì)有什么樣的影響？
楊裕生：補(bǔ)貼一旦取消，對(duì)于三元電池的影響非常大，既然沒(méi)有補(bǔ)貼，汽車(chē)廠商肯定愿意采用更為安全的磷酸鐵鋰電池，而不會(huì)去采用風(fēng)險(xiǎn)特別大的三元電池。
電容型鋰離子電池才是下一代動(dòng)力電池
能見(jiàn)：有人說(shuō)固態(tài)電池、鋁空氣電池等是未來(lái)的主流，您如何看？
楊裕生：目前業(yè)內(nèi)開(kāi)始研發(fā)全固態(tài)鋰離子電池。這是針對(duì)鋰離子電池易燃燒、爆炸產(chǎn)生的下一代電池。固態(tài)電解質(zhì)除了自身的電導(dǎo)率之外，最要害的是其與活性物質(zhì)之間的界面電阻隨充放電而增加，這是由于活性物質(zhì)在充放電時(shí)必然的體積漲縮而脫離電解質(zhì)，也是正極材料掉不可避免的，包括負(fù)極材料也有這個(gè)問(wèn)題。界面的穩(wěn)定性是全固態(tài)電池的一個(gè)最根本的問(wèn)題，除非將來(lái)能夠做到像橡皮那樣的全固態(tài)電解質(zhì)，它是可以有很大的彈性，隨著活性物質(zhì)的變化而來(lái)變化。
現(xiàn)在研究者降低了調(diào)門(mén)，不叫全固態(tài)了，改成“固態(tài)電池”，實(shí)際上是半固態(tài)或準(zhǔn)固態(tài)，還是要加點(diǎn)液體，包括功率、壽命、成本等都還有許多問(wèn)題沒(méi)有解決，效果如何，拭目以待。
后鋰離子電池，這是日本人提出來(lái)的名稱(chēng)，叫鋰硫電池，又稱(chēng)下一代動(dòng)力電池。它的理論比能量高，但是從比能量看也是有片面性的，它安全性低，容易產(chǎn)生鋰枝晶，體積比能量低，放電倍率低，能量轉(zhuǎn)換率低，循環(huán)次數(shù)低，這“五低”問(wèn)題真正解決之后才能用到車(chē)上，還要做很大努力。
下下一代是鋰空氣電池，比能量達(dá)到700Wh/kg，行駛里程都可以趕上燃油車(chē)了，但是這個(gè)事情很微妙，問(wèn)題更多，很可能是遠(yuǎn)水解不了遠(yuǎn)渴。也有五個(gè)問(wèn)題，問(wèn)題比鋰硫問(wèn)題更大，要成為動(dòng)力電池更加渺茫。
能見(jiàn)：您覺(jué)得未來(lái)哪種技術(shù)路線(xiàn)可以勝出？
楊裕生：我提出發(fā)展電容型鋰離子電池，我認(rèn)為這將是下一代動(dòng)力電池。
電容型鋰離子電池就是在正極材料里面要加活性炭。這樣電池，倍率性能提高，電池壽命延長(zhǎng)，低溫性能改善，充放電的電壓小100多毫伏。這個(gè)里面沒(méi)有加炭的充放電的兩根線(xiàn)的距離比較大，加了炭之后充放電的兩根線(xiàn)的距離就大大縮小。說(shuō)明了電容在里面起了好的作用?；钚蕴砍袚?dān)了大部分電流，使得電池的車(chē)輛啟動(dòng)和剎車(chē)時(shí)候免于大電流對(duì)磷酸鐵鋰材料的沖擊。
能見(jiàn)：電容型鋰離子電池現(xiàn)在發(fā)展的情況怎樣？
楊裕生：高倍率電池的關(guān)鍵在新材料，富鎳材料主要是不長(zhǎng)枝晶，高比容量，長(zhǎng)壽命，方向是硬炭或硬炭+納米硅，電導(dǎo)率高，中孔率高，密度高，純度高，比表面高，性能比高，相互制約，尋求最佳途徑?？讖揭m用于不同直徑陰離子的擴(kuò)散和建立雙電層電容。目前國(guó)內(nèi)有公司已經(jīng)研制成功最低孔徑5nm—100nm任意可控的碳?xì)饽z，可滿(mǎn)足尋求最佳孔徑的標(biāo)準(zhǔn)。
增程式電動(dòng)車(chē)已得到國(guó)家認(rèn)可
能見(jiàn)：您如何看待動(dòng)力電池與電動(dòng)汽車(chē)之間的關(guān)系？
楊裕生：只有電池真正的進(jìn)步，才能推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)水平的提高，冒進(jìn)就要吃苦。就是說(shuō)，電池如果不成熟，實(shí)際上是處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)的電池，如果把它大量的用在汽車(chē)上，就要出問(wèn)題。
電動(dòng)汽車(chē)的主要矛盾是安全和里程的對(duì)立。安全性是矛盾的主要方面，里程是次要方面，不可顛倒。認(rèn)可事物都要分析它的主要矛盾，矛盾當(dāng)中主要方面跟次要方面也要分清楚，如果不分清楚，把主要矛盾、次要矛盾搞錯(cuò)了，最后我們就要走彎路。
主要矛盾反映在電池上，是危險(xiǎn)性與比能量的矛盾，電池的危險(xiǎn)性制約“電動(dòng)汽車(chē)?yán)锍屉S心所欲提高”，我這里講的隨心所欲提高是我們現(xiàn)在每年都在提高要求。瞄準(zhǔn)了250公里、300公里、400公里，現(xiàn)在還想沖擊500公里，這就是隨心所欲。
能見(jiàn)：您之前一直呼吁的增程式可以解決目前行業(yè)問(wèn)題嗎？
楊裕生：國(guó)家科技部的“三縱”新能源汽車(chē)路線(xiàn)最初提出是“純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)、燃料電池汽車(chē)”，后來(lái)混合動(dòng)力汽車(chē)就改成了插電式電動(dòng)汽車(chē)，后來(lái)插電式電動(dòng)汽車(chē)又改成增程式電動(dòng)汽車(chē)，這個(gè)變化前后大概10年的時(shí)間。今年1月，新的“三縱”中，增程式代替了“插電式”。
10年來(lái)我的主張是，要用安全成熟的電池發(fā)展節(jié)能減排的電動(dòng)汽車(chē)，技術(shù)路線(xiàn)有兩條，一是微小型純電動(dòng)車(chē)作為突破口，第二是，大眾型車(chē)發(fā)展純電驅(qū)動(dòng)的增程式。微小型電動(dòng)車(chē)可以用鉛酸電池做低速車(chē)，也可以用鋰離子電池做高速車(chē)，這個(gè)由市場(chǎng)決定。增程式電動(dòng)車(chē)解決了純電動(dòng)車(chē)的五大焦慮。它是市場(chǎng)化最為可行的一個(gè)車(chē)種。
現(xiàn)在我的主張逐漸被接受了，很不容易，十年了。今年7月，國(guó)家發(fā)改委在《汽車(chē)產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定（征求意見(jiàn)稿）》當(dāng)中，把增程式列入到純電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)。現(xiàn)在企業(yè)也在紛紛做小型車(chē)或者發(fā)展增程式技術(shù)增程器。
能見(jiàn)：增程式技術(shù)路線(xiàn)對(duì)于動(dòng)力電池有什么要求？
楊裕生：第一代增程式是純電動(dòng)汽車(chē)上面裝了一個(gè)增程器，就是車(chē)上發(fā)電在給電池充電。第二代是把電力系統(tǒng)和電池進(jìn)行了優(yōu)化，所以電動(dòng)機(jī)的功率和電池都減半了，車(chē)子減輕了。它的優(yōu)點(diǎn)很突出，電池組不會(huì)過(guò)充和過(guò)放，壽命延長(zhǎng)、安全性高，電池少，補(bǔ)貼退坡取消的影響小，易市場(chǎng)化。城市工況下必燃油車(chē)節(jié)油50%以上，用戶(hù)可以省錢(qián)，他可以不充電，免建充電樁，如果有充電條件，節(jié)油率可以在80%以上。燃油車(chē)的生產(chǎn)設(shè)施、加油設(shè)施全部可以繼承，便于發(fā)展?，F(xiàn)在我們提出第三代增程式，叫發(fā)電直驅(qū)增程式，就是發(fā)電機(jī)發(fā)的電是不經(jīng)過(guò)電池組，直接給電動(dòng)機(jī)，這樣更加節(jié)能，電池更少，電池壽命更長(zhǎng)。
磷酸鐵鋰比能量已經(jīng)很高，磷酸鐵鋰電池可以有高倍率放電，壽命可以達(dá)到萬(wàn)次，價(jià)格在下降，滿(mǎn)足第二代增程式的要求。第三代增程式的電池用量少，為了接受評(píng)測(cè)時(shí)候發(fā)電機(jī)的性能，吸納剎車(chē)初始時(shí)的回饋電能，要求下一代電池應(yīng)該具有高倍率的充電能力。而我主張的電容型鋰離子電池就可以解決這個(gè)問(wèn)題。
能見(jiàn)：有人說(shuō)增程式車(chē)還是要燒油，不是最終目標(biāo)，您如何看待這個(gè)質(zhì)疑？
楊裕生：如果我們的汽車(chē)油耗降到一半以下，年節(jié)油2億噸，環(huán)境改善了，能源安全提高，我國(guó)由汽車(chē)大國(guó)向汽車(chē)強(qiáng)國(guó)邁向一大步，全國(guó)人民都可以高興。純電動(dòng)車(chē)未必是最終目標(biāo)，裝電池多、重，車(chē)子重、耗電多，所以應(yīng)該考慮全過(guò)程的節(jié)能減排，不是在電動(dòng)汽車(chē)行駛過(guò)程這么一段的節(jié)能減排問(wèn)題。
未來(lái)的增程式電動(dòng)車(chē)可以不燒油，不增加二氧化碳排放，可以從太陽(yáng)能來(lái)發(fā)電給電動(dòng)汽車(chē)提供能量。同時(shí)秸稈、甜高粱這一類(lèi)有機(jī)物產(chǎn)生乙醇，再給乙醇的發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)電提供能量，這樣增程式就全部靠太陽(yáng)能、風(fēng)能來(lái)發(fā)動(dòng)。
