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杨裕生:纯电动车未必是节能减排的最终目标

企业为获得补贴,在产品研发中把能量密度放在首要位置。为提高能量密度,三元材料体系正在由111、523向622、811材料体系迈进,通过增加镍含量以提高电压,但是随之而来的就是热失控风险加大,电池安全性风险不断增大。盲目追求能量密度,忽视电池安全性,也增加了车载电池退役后梯次利用的风险,不利于电池资源利用最大化。针对现阶段电池在追求高能量密度的风潮,旧电池在储能领域的梯次利用应更加慎重。应坚持“用好成熟的、安全性高的电池”的原则,发展安全节能的电动汽车。

7院士多角度合理“预言”,勾画未来锂电池产业全景

纯电动车产量越多,对电池的用量就会越大,进而产生的废电池也越多,环境保护和资源回收利用的难度也随之增加。为破解这一难题,纯电动车应以微小型为主,但大中型车则发展纯电驱动的增程式,进而减少电池用量,降低回收利用难度,减少环境污染。

纯电动车未必是节能减排的最终目标,未来很可能是不烧油而烧醇类的增程式电动车成为节能减排的手段之一。

欧阳明高:2030年最大的突破可能在电解质

7院士多角度合理“预言”,勾画未来锂电池产业全景

我们对动力电池技术的发展趋势做了一次优化迭代,具体如下:2020年,实现动力电池比能量300瓦时/公斤、比功率1000瓦时/公斤,循环1000次以上,成本0.8元/瓦时以内的目标是确定的,相对应的材料是高镍三元,现在国内动力电池用的镍、钴、锰的比例由3:3:3转向6:2:2,再转变为8:1:1,即镍变成8,钴的比例进一步降到1甚至是0.5。负极要从碳负极向硅碳负极转型。这是我们当前的技术变革。到2025年,正极材料性能进一步提升,富锂锰基材料目前取得重要突破,当然还会有其他材料。2020-2025年,我们要努力实现动力电池比能量从300瓦时/公斤上升至400瓦时/公斤,每瓦时成本从0.8元以内降到0.6元以内。此时一般性价比的纯电动轿车合理的续驶里程是300—400公里。到2030年,希望在电解质方面取得突破,也就是2025-2030年最大的突破可能在电解质,固态电池会实现规模化、产业化,电池单体比能量有望冲击500瓦时/公斤。2030年,常规的电动汽车续驶里程应该可以达到500公里以上。

卢强:锂电池用于工程化储能?这不可能

7院士多角度合理“预言”,勾画未来锂电池产业全景

有人问我以亿度计算的电能不能用锂电池来储存?我说这不可能,一是锂电池价格昂贵;二是从日本买的锂电池厂家报给你寿命8年,而实际上锂电池的寿命才4年;三是锂电池储存要求非常娇气,恒温恒湿,这个锂电池大楼是上万度电要恒温恒湿保护它才能够所谓的8年;四是锂电池用完了以后后处理所花的投资是新买的锂电池的30%,而且现在中国还没有解决锂电池后处理的技术问题,要造一个很大的厂专门对付用旧的锂电池,不能把锂电池深埋在土壤中,中国最难治理的是土壤,土壤污染的周期太长了,我们子孙后代都要受到我们这代人的灾祸,不能深埋,那么锂电池怎么处理?目前刚刚开始科研立项,研究锂电池如何处理,问题来了,处理费用,科研费不算,科研完成以后它的投资是新电池的30%,这应该都算在买锂电池的投入上。所以这样几条加起来,我们不能把工程化储能依托在锂电池上,即使是航母也难压缩,所以不是说锂电池就是一无是处,它应该用在它该用的地方,而不是用在电力系统的储能。

南策文:未来各类电池并非你死我活的关系;锂电池的储能远未触及天花板

从技术上来说,电池演进路线是按照时间进行的,但不同技术水平的电池并不是你死我活的关系,可能是并存共生的格局。这意味着,并不是出现新一代电池后,其它电池就会完全淘汰,可能是一个逐渐交替的过程,而且也可能并存较长时间。以铅酸电池为例,虽然其能量密度较低,污染也较大,但到目前为止,铅酸电池并未被锂离子电池完全取代,而且发展得也挺好。原因就在于其成本低、安全性还可以,而且较好解决了回收循环利用等问题,所以至今一直还和锂离子电池并存。不同电池有各自不同特点,存在于不同的适合自身的应用领域。

7院士多角度合理“预言”,勾画未来锂电池产业全景

电池的能量密度需要综合考虑正极和负极材料,如果发现新的正极材料,比容量和电压比三元或者现有材料要高出很多,电池的能量密度还要上涨。锂电池储能的极限,或者天花板,至少目前从技术上还看不到。如果非要确定相对的极限,作为高出目前锂离子电池能量密度一个多数量级的锂空气电池,也许可以想象为极限(理论能量密度约为3500瓦时/千克),但700瓦时/千克不是极限。

郭孔辉:建议以微小型电动车为新能源汽车的突破口

7院士多角度合理“预言”,勾画未来锂电池产业全景

新能源汽车发展依赖政府补贴不是长久之计,目前来看(编者注:指2013年),锂离子电池技术远远没有达到可以大规模市场化的程度。近几年来锂电池技术也取得了一定的突破,但未来五年内难以看到市场化的前景。微小型电动车是电动汽车发展的一个亮点,在没有补贴的情况下基本可以实现盈利并反哺科研,但发改委等部门并不认可。目前新能源汽车补贴范围内的电动车大多未获市场认可。2013年初,郭孔辉、杨裕生、陈清泉、田绍武、彭苏萍、顾国彪、韩英铎等7位院士曾联合建议,以微小型电动车为新能源汽车的突破口,给予最高车速80km/h,续航里程80km以下的电动车以新能源汽车的资质,建议准许登记牌照及上路。

吴锋:上千家动力电池企业将优胜劣汰为上百家

持续提升能量密度和性价比,是锂二次电池重大应用需求和技术进步的驱动力。当前,电池行业亟需探索新材料,以便推动高能量密度、高功率密度、长寿命、低价格锂二次电池的研发工作。在正极材料方面,我们主要进行了仿生研究,着力研发快充型高容量锂离子电池正极材料;在硅基负极材料方面,我们主要研究了用稻壳制备多孔硅,以及使用有机硅工业生产过程中产生的工业废料来作为多孔硅原材料,这两种负极材料的制造工艺都比较简单,同时也为今后利用有机硅废料提供了技术路径,有利于规模化生产;在新型电解质领域,我们用不可燃的无机骨架材料将离子液体固态化,研制出了新型的“纳米交联基固态电解质”,这种电解质同时具有较高的室温电导率、较宽的电化学窗口和不可燃性。废旧电池材料回收和资源化再生具有重要的经济和社会效益,目前北京理工大学已经采用柠檬酸、抗坏血酸等有机酸对废旧电池重金属离子成功进行了绿色浸取回收。

7院士多角度合理“预言”,勾画未来锂电池产业全景

随着国家工信部提高动力电池准入门槛,我国动力电池产业将面临新一轮的洗牌,从上千家企业优胜劣汰为上百家。在此情况下,能量密度、安全性、寿命、成本,仍然是动力电池及其产业发展的主要制约因素,有待材料、电池、工艺和系统等方面的创新、突破。

陈立泉:研发固态电池是下一代技术制高点

7院士多角度合理“预言”,勾画未来锂电池产业全景

现在美国、日本、韩国和欧洲都在研发固态电池。比如日本丰田公司目前正在研发由全固态电池提供动力的电动车,最早将于2022年开售此款新车。宝马等车企也正研发全固态电池,希望未来十年能够量产。研发固态电池是下一代技术制高点。比方说现在电池三元材料,韩国人也卡在针刺这一关,现在国内也没有解决这个技术难题。但据说国内有的企业解决了这个技术难题。所以必须取得关键的、前沿的技术。

锂硫电池做研究可以,但最后市场是否认可是另外一个问题。因为锂硫电池的理论能量密度相当高,但硫是绝缘体,做成电极一定要加大量导电添加剂,它体积能量密度就不高。

如果锂离子固态电池难以研发,锂空气电池就更难。因为锂空气电池的负极是金属锂,正极是空气,但是空气含有水分、二氧化碳。所以锂空气电池更远,因为电解质肯定是固态的,不可能是液态的。

杨裕生:核试验技术、分析化学专家,中国人民解放军防化研究院第一研究所研究员。曾任中国核试验基地科技委主任。中国工程院院士。

欧阳明高:汽车动力系统专家,清华大学教授,现任汽车安全与节能国家重点实验室主任。中国科学院院士。

卢强:自动控制和电力系统动态学专家,清华大学教授。中国科学院院士。

南策文:材料科学专家,现任清华大学材料科学与工程研究院院长。中国科学院院士。

郭孔辉:汽车设计研究专家,吉林大学教授,汽车学院名誉院长,曾任“一汽”汽车研究所总工程师。中国工程院院士。

吴锋:新能源材料科学家,现任北京理工大学能源与环境材料学科首席教授。中国工程院院士。

陈立泉:现任中科院物理所研究员,曾任亚洲固体离子学会副主席。在中国率先开展锂电池及相关材料研究。中国工程院院士。

来源:粉体网

 

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