中科院黃學(xué)杰教授：實(shí)例告訴我們中國(guó)的電池也可以做的很好

2017-11-24 17:37:57 能見(jiàn) 　點(diǎn)擊量：評(píng)論 (0)

11月23日2017中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會(huì)在北京舉行。本屆峰會(huì)由中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國(guó)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟支持，廣東省充電設(shè)施協(xié)會(huì)和振威展覽股份主辦?！　≈锌圃汗I(yè)技術(shù)研究院專(zhuān)家黃學(xué)杰教授出席，并就

11月23日“2017中國(guó)儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展峰會(huì)”在北京舉行。本屆峰會(huì)由中關(guān)村儲(chǔ)能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟、中國(guó)超級(jí)電容產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟支持，廣東省充電設(shè)施協(xié)會(huì)和振威展覽股份主辦。

　　中科院工業(yè)技術(shù)研究院專(zhuān)家黃學(xué)杰教授出席，并就高性能儲(chǔ)能電池技術(shù)研究方面作精彩演講。

　　以下為發(fā)言實(shí)錄：

　　黃學(xué)杰：今年已經(jīng)是我做鋰電池研究的第三十個(gè)年頭，因?yàn)殡姵厥怯泻芏喾N，剛才講的儲(chǔ)能也有很多種，電化儲(chǔ)能是其中的一種，鋰離子電池又是電化儲(chǔ)能的一種，不同的鋰離子應(yīng)該有不同的正極和負(fù)極，今天重點(diǎn)講一講磷酸鐵鋰。

　　磷酸鐵鋰的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)超過(guò)二十年了，二十年前磷酸鐵鋰的發(fā)明人Michel教授現(xiàn)在仍然在工作。磷酸鐵鋰的包碳專(zhuān)利是1999年在夏威夷的電化會(huì)議上公布的，接著創(chuàng)辦了磷酸鐵鋰的第一個(gè)公司，把磷酸鐵鋰推向了產(chǎn)業(yè)化，確實(shí)是為行業(yè)做出了基本的貢獻(xiàn)。

　　為什么要做磷酸鐵鋰？這是全球有名的中溫電池的公司，現(xiàn)在最高端的就是ACL，現(xiàn)在特斯拉也是用ACL，最長(zhǎng)壽命的電池就是磷酸鐵鋰，真正的特點(diǎn)是把它放在高溫的情況下，或者一整年的時(shí)間擱置，它的內(nèi)組都不會(huì)太變化，所以這個(gè)是屬于功率型的核件。石景山電廠為什么要用這種磷酸鐵鋰的功率型電池？因?yàn)檫@是聯(lián)合調(diào)頻，所以要求功率特性很好。

　　十年前是在120W/時(shí)/公斤，特性非常之好。中國(guó)的電池水平怎么樣？這是2008年法國(guó)的電力公司EDF在全球評(píng)估電池，包括中國(guó)的6家，壽命最長(zhǎng)的是40W/時(shí)的電池，100%的SOC，1小時(shí)充1小時(shí)放，這個(gè)做了多少次呢？超過(guò)了6000次，還有80%，這樣就是在45度也有不錯(cuò)的表現(xiàn)，如果是35-45度的話很快就沒(méi)有了，不要指望4000-5000次的情況。

　　有了這樣的電池要干什么呢？首先就是電動(dòng)車(chē)，都說(shuō)中國(guó)電池的一致性不好，其實(shí)是因?yàn)闆](méi)有做好。法國(guó)在招兩個(gè)標(biāo)：一個(gè)標(biāo)是巴黎地區(qū)的固態(tài)電池的標(biāo)，剛開(kāi)始是2000臺(tái)，因?yàn)橛行┧饺速?gòu)買(mǎi)，最后是做了2280臺(tái)，選來(lái)選去，到了2010年的時(shí)候選定了蘇州新城。這個(gè)車(chē)最長(zhǎng)的已經(jīng)跑了7年，跑了20萬(wàn)公里以上。每次充電就是1000多公里，相當(dāng)于跑了3000次。這是最長(zhǎng)的是滿(mǎn)7年的，普遍的容量是83%-90%，沒(méi)有任何一臺(tái)低于83%，所以這就證明了中國(guó)的電池好好做的話也可以做得很好。

　　電池做得好接著怎么辦？還有很多裝備是進(jìn)口的，現(xiàn)在要用國(guó)產(chǎn)的裝備產(chǎn)業(yè)才能做起來(lái)，所以鐘秘書(shū)長(zhǎng)邀請(qǐng)我，我很高興，廣東的秘書(shū)長(zhǎng)我一定要支持，因?yàn)橹锌圃涸趶V州就建立了一個(gè)動(dòng)力電池制造技術(shù)的創(chuàng)新基地，因?yàn)檫^(guò)去我們的材料要從國(guó)外買(mǎi)，后來(lái)材料國(guó)產(chǎn)化了，中國(guó)的設(shè)備也開(kāi)始走到歐洲去了，就在廣州的南沙國(guó)家級(jí)高新區(qū)建了一個(gè)動(dòng)力電池工藝技術(shù)的服務(wù)平臺(tái)，物理所是材料和電池技術(shù)，沈陽(yáng)自動(dòng)化所是做機(jī)器人的研究所，還有一些軟件所。工業(yè)化設(shè)備就在這里被開(kāi)發(fā)出來(lái)，然后又被提升，這是幾十米的設(shè)備，不是實(shí)驗(yàn)室里面擺在桌子上的設(shè)備。

　　這些設(shè)備不僅是滿(mǎn)足了自己產(chǎn)業(yè)的需求，中國(guó)有了電池大型生產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)入了日本的松下公司，也就是說(shuō)我們的設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始反向進(jìn)入人家的企業(yè)。接著我們推動(dòng)了純綠色的制造工藝，針對(duì)這樣的電池，過(guò)去主要是要用一種LNP，也是比較復(fù)雜的，這種有機(jī)溶劑對(duì)人體有比較大的危害，不僅是貴，關(guān)鍵是工廠要投資到回收系統(tǒng)，還有工廠配合去做這種集成處理。歐洲地區(qū)是不允許這樣的溶劑用于工業(yè)生產(chǎn)，所以這也就是在歐洲到現(xiàn)在為止為什么沒(méi)有一個(gè)規(guī)模的電池廠，不是說(shuō)歐洲人不會(huì)干，因?yàn)榉ㄒ?guī)上規(guī)定的，某些污染的、有毒的工業(yè)溶劑不可以大規(guī)模地用于工業(yè)生產(chǎn)，今天這類(lèi)企業(yè)解決了這個(gè)問(wèn)題，德國(guó)本土的也開(kāi)始解決了這種問(wèn)題，所以德國(guó)的第一個(gè)生產(chǎn)工廠先也在建設(shè)。

　　這是高精度的機(jī)器噴頭，不僅是在中國(guó)的企業(yè)，日資的企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始做起來(lái)了。今天電池最怕什么？短路是因?yàn)檎?fù)極片是帶著能量的，靠的是十幾個(gè)微米的隔膜，手機(jī)可以達(dá)到8微米，這樣機(jī)械切割的難度越來(lái)越大，第一臺(tái)激光切片機(jī)在被開(kāi)發(fā)出來(lái)，不僅是推廣到企業(yè)，而且支持了創(chuàng)業(yè)的公司，然后從行業(yè)來(lái)提供。無(wú)論是手機(jī)電池或者汽車(chē)電池，拆開(kāi)來(lái)看正負(fù)極都在一頭，然后把電流引出來(lái)，最大的問(wèn)題就是流產(chǎn)和熱產(chǎn)都不增容，新的結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)出來(lái)，正極就是鋁箔，整個(gè)和外科一起構(gòu)成了導(dǎo)電體，這樣正極就會(huì)引出來(lái)。這樣做出來(lái)的電池在大電流下工作，為什么要工廠重用？因?yàn)殡姵匦枰黄鸪隽Γ又褪亲詣?dòng)化的設(shè)備在企業(yè)推廣開(kāi)來(lái)示范運(yùn)行。

　　現(xiàn)在江西南昌就有了第一條完全依賴(lài)中國(guó)設(shè)備的新型結(jié)構(gòu)大電池，還有非接觸式生產(chǎn)，沒(méi)有一只手可以去摸這個(gè)電池，所以今天比能量得到了進(jìn)一步的提升。接下來(lái)是兩個(gè)方向開(kāi)始得到應(yīng)用：一個(gè)方向是電動(dòng)車(chē)輛上，就是加州的波特威爾市，這種公交車(chē)的大客車(chē)在示范運(yùn)行，也是員工通行的班車(chē)。一個(gè)車(chē)子上的電池就是450千瓦時(shí)，要比國(guó)內(nèi)的大一些，國(guó)內(nèi)現(xiàn)在由于補(bǔ)貼政策的原因，一般的公交車(chē)就是100多度，不超過(guò)200千瓦時(shí)，因?yàn)樗囊罄锍虝?huì)更長(zhǎng)一些。歐洲的儲(chǔ)能應(yīng)用為什么要算磷酸鐵鋰？現(xiàn)在和三元電池比同樣尺寸的集裝箱立柜，同樣的長(zhǎng)寬高能夠多放40%的能量，正在歐盟的兩個(gè)方向推廣：一個(gè)方向是集裝箱用于固定式的儲(chǔ)能，另一個(gè)是用在船上面，可以直接調(diào)過(guò)去開(kāi)這個(gè)船，沒(méi)有的時(shí)候到了岸邊把集裝箱吊起來(lái)，換成一個(gè)充滿(mǎn)電的集裝箱上去，這個(gè)是在推廣當(dāng)中。

　　新的技術(shù)在不斷進(jìn)步，即使是磷酸鐵鋰能量可以作為突破，200瓦/時(shí)/公斤，新的電池會(huì)更高。這個(gè)其中有一個(gè)替代，就是負(fù)極的石墨，但是有一個(gè)問(wèn)題，不能在零下幾十度的時(shí)候充電，不能在低溫條件下充電，快速充電會(huì)受到影響。實(shí)際上對(duì)石墨的替代我們是二十年前就開(kāi)始了，所以這篇文章是我在1998年發(fā)布的第一期。這就解釋了一個(gè)機(jī)理，但是日本人提出氧化物能夠儲(chǔ)藏很多的鋰，我去了以后就知道了這個(gè)消息，拿回來(lái)以后看到可以合金化就很好辦，我們就按照程序來(lái)做。到了去年我們解決了一個(gè)問(wèn)題，這一類(lèi)的合金能夠快速充電，因?yàn)榻柚谶@種納米的技術(shù)可以把它滿(mǎn)足低溫下面的充電，這個(gè)是指室溫下面的快速充電，低溫也有很好的充電性能。

　　大家都在講硅碳，硅碳這個(gè)概念是哪一年提出的呢？是我們1997年的專(zhuān)利，所以正好也是二十年，專(zhuān)利都過(guò)期了，但是這件事情現(xiàn)在還在做。當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)納米硅能夠拿來(lái)跟鋰合金，碳加進(jìn)去壽命就是提高，所以提出了硅碳的概念。二十年就在挑戰(zhàn)一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)楣杼加泻芨叩娜萘?，但是硅的體積變化非常之大，儲(chǔ)存進(jìn)去就膨脹了，拿走就脫落了，體積就收縮了，所以壽命就沒(méi)有了。斗爭(zhēng)了二十年以后，我們突然發(fā)現(xiàn)硅碳不能解決問(wèn)題，表面上解決了材料的不脫落，實(shí)際上它的內(nèi)部繼續(xù)破裂。

　　到了2011年，我們把這個(gè)問(wèn)題解決了，今天在工業(yè)上開(kāi)始走起來(lái)了，硅碳負(fù)極碰到了問(wèn)題以后不斷破裂，仍然達(dá)不到100%的效率，所以電池的壽命不能保障，今天重溫也是從硅碳走向無(wú)碳合金負(fù)極，所以現(xiàn)在是快速地發(fā)展。有了這些發(fā)展，我們可以看到磷酸鐵鋰電池是在快速提升，接著會(huì)超越今天的水平。比如電池包的比能量，實(shí)事求是地講，現(xiàn)在即使是特斯拉，國(guó)內(nèi)最高的比例是150，轎車(chē)上會(huì)有更高的要求。

　　我們對(duì)轎車(chē)有清晰的路線圖，要到2020年的時(shí)候解決300瓦/時(shí)/公斤，就是一半的價(jià)格，這個(gè)事情已經(jīng)很明確了，所以針對(duì)乘用車(chē)來(lái)講硅碳會(huì)變成合金，過(guò)去我們想的從硅到硅碳都是演變的過(guò)程，我們一點(diǎn)一點(diǎn)地努力可以做到，努力到一定時(shí)候就會(huì)碰到障礙。高裂會(huì)直接走向高壓，硅碳就會(huì)走向無(wú)碳合金，整個(gè)這件事情就會(huì)走起來(lái)。未來(lái)會(huì)為電動(dòng)汽車(chē)的乘用車(chē)行駛里程倍增，今天電池包的比能量要從2018年達(dá)到200，工信部的路線圖是到2020年達(dá)到260，也就是說(shuō)里程會(huì)增加1倍，電池的每瓦時(shí)的價(jià)格會(huì)下降50%。這些都會(huì)是現(xiàn)實(shí)，因?yàn)檠a(bǔ)貼馬上就沒(méi)有了，沒(méi)有補(bǔ)貼的時(shí)候什么電池才能讓車(chē)輛進(jìn)步？新的技術(shù)是在快速走出實(shí)驗(yàn)室，無(wú)論是儲(chǔ)能這條線還是電動(dòng)汽車(chē)這條線都會(huì)在未來(lái)的幾年有這種演變。

　　科研上也得到了極大的支持，現(xiàn)在正在懷柔建一個(gè)北京清潔能源材料測(cè)試診斷與研發(fā)平臺(tái)，其中5個(gè)億的投入一多半都是鋰電池的研發(fā)上面，而且這個(gè)測(cè)試平臺(tái)是對(duì)全行業(yè)開(kāi)放的，歡迎大家一起參與。這個(gè)項(xiàng)目有屋頂上的太陽(yáng)能板，還有儲(chǔ)能柜的項(xiàng)目，是為前行業(yè)提供服務(wù)五。現(xiàn)在已經(jīng)是作為科研專(zhuān)項(xiàng)支持了一部分，正在做全行業(yè)的分析。蔡書(shū)記覺(jué)得做得不錯(cuò)，北京市在科創(chuàng)中心又做了一塊。物理所現(xiàn)在的平臺(tái)都是對(duì)全社會(huì)開(kāi)放的，包括整車(chē)企業(yè)、電池企業(yè)、材料企業(yè)、研究單位，有些現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始使用這些設(shè)備來(lái)做這種分子水平的分析，甚至是原子水平的分析，懷柔的基地明年下半年開(kāi)始投入使用以后會(huì)有更多的機(jī)會(huì)和大家去做。

　　嘉賓：剛才您提到的電池是MCM還是MCA？

　　黃學(xué)杰：MCM，很多人有一個(gè)誤區(qū)，都是比瓦/時(shí)/公斤，但是集裝箱儲(chǔ)能比的是瓦/時(shí)/升，所以對(duì)磷酸鐵鋰的電池包來(lái)講，它的體積密度已經(jīng)高于軟包的電池包，因?yàn)檐洶龊芏嗨芰系闹Ъ芎屠鋮s，三元材料要裝6個(gè)平臺(tái)，這些因素都加進(jìn)去，最后反而是磷酸鐵鋰在儲(chǔ)能上體積更小、密度更高。

　　嘉賓：您比較關(guān)注磷酸鐵鋰電池，碳酸鋰電池方面有沒(méi)有什么看法？因?yàn)槲乙彩窃趦?chǔ)能行業(yè)，歐美地區(qū)現(xiàn)在還是韓國(guó)和日本的鋰電池受到歐美用戶(hù)的認(rèn)可，您認(rèn)為中國(guó)的鋰電池目前有哪些地方值得改進(jìn)？中國(guó)鋰電池大概什么時(shí)候可以超越日韓電池在全球電池行業(yè)的形象？

　　黃學(xué)杰：過(guò)去日韓進(jìn)入市場(chǎng)早一些，但也不完全是這樣。美國(guó)超過(guò)20兆瓦時(shí)的電站有134個(gè)兆瓦時(shí)就是磷酸鐵鋰電池，儲(chǔ)能電池確實(shí)是中國(guó)企業(yè)走出去得晚了一些，但是國(guó)家近幾年對(duì)新能源客車(chē)的支持，歐美主要跑的都是中國(guó)的公交車(chē)，不僅僅是比亞迪、宇通、中通，甚至在加州還有自己規(guī)模的工廠。講到和日韓的關(guān)系，這次歐盟基本上傾向于中國(guó)的政策，公交車(chē)方面排除三元電池。因?yàn)橹袊?guó)是從去年12月份決定采用磷酸鐵鋰電池，所以歐美現(xiàn)在也是在儲(chǔ)能領(lǐng)域招標(biāo)當(dāng)中磷酸鐵鋰電池勝出，三元電池淘汰。英美也有更高的單向能量，還有2倍的壽命，所以這個(gè)方面趨勢(shì)確實(shí)已經(jīng)比較明顯了儲(chǔ)能和商用方面是磷酸鐵鋰組隊(duì)，碳酸鋰的特點(diǎn)就是更長(zhǎng)的壽命，更快速的充電，比如美國(guó)有些調(diào)頻電站。按照目前的情況來(lái)看，碳酸鋰電池比正常的磷酸鐵鋰電池要低50%，也就是它的一半，價(jià)格是它的3倍以上，所以從第一次投資的角度壓力就大了一些。

　　嘉賓：您如何看待釩液電池？

　　黃學(xué)杰：這是一個(gè)品種，最后日常會(huì)做出選擇。

　　嘉賓：很多廠家和我講儲(chǔ)能電池不能帶電并行，比如已經(jīng)有50安/時(shí)運(yùn)行，但是想帶電的時(shí)候并聯(lián)上去，很多人說(shuō)這個(gè)做不到，不知道從技術(shù)的角度可不可行？

　　黃學(xué)杰：確實(shí)是會(huì)有問(wèn)題，如果電池系統(tǒng)運(yùn)行到了50%SOC，接著把一個(gè)滿(mǎn)電的并上去，如果直接并上去是不行的，意味著處于一個(gè)準(zhǔn)短路的狀態(tài)，但是如果有這種限流就沒(méi)有問(wèn)題了，沒(méi)有限流直接并聯(lián)是不可以的。技術(shù)的角度是可以，但是要經(jīng)過(guò)限流的變化。因?yàn)閮蓚€(gè)的電壓差得非常大，等于是滿(mǎn)電的電池處在一個(gè)準(zhǔn)短路狀態(tài)，虧電的電池是超負(fù)荷充電，這是不允許的，只有限流才可以。技術(shù)上可以解決，但是不能直接掛上去，否則兩個(gè)電池都?xì)Я恕?/span>

　　嘉賓：關(guān)于大型儲(chǔ)能磷酸鐵鋰的能量密度是比較大的，小型儲(chǔ)能當(dāng)中磷酸鐵鋰電池是否還有這樣的優(yōu)勢(shì)？

　　黃學(xué)杰：去年歐美是三元電池更多一些，不是因?yàn)槿姵氐钠渌蛩?，而是因?yàn)閮r(jià)格便宜，每個(gè)瓦時(shí)的價(jià)格更低，鐵鋰的特點(diǎn)是壽命更長(zhǎng)，沒(méi)有人關(guān)心壽命更長(zhǎng)，大家只關(guān)心投資是不是更便宜。今年的情況發(fā)生了變化，價(jià)格從十幾萬(wàn)漲到了四十幾萬(wàn)，現(xiàn)在成本已經(jīng)比較接近了，磷酸鐵是去年的3.8萬(wàn)元降到現(xiàn)在的不到2萬(wàn)元，明年還會(huì)繼續(xù)下降，所以反過(guò)來(lái)三元電池每瓦時(shí)的價(jià)格高于磷酸鐵鋰的電池，市場(chǎng)上的選擇就會(huì)更清楚一些。我們市場(chǎng)的選擇并不完全是看電池性能，主要是看價(jià)格，價(jià)格起很大的作用。

　　嘉賓：未來(lái)互用儲(chǔ)能方面會(huì)不會(huì)容量做得更大？

　　黃學(xué)杰：原則上是單體的電池越大越容易做到一致性，無(wú)論是單體電池還是成本落地可靠性都更高，這個(gè)對(duì)設(shè)備會(huì)有更高的要求。為什么大家喜歡用小圓柱？因?yàn)樽詣?dòng)化的生產(chǎn)線是索尼提出來(lái)的，已經(jīng)是二十六年了，生產(chǎn)線很成熟，大電池的生產(chǎn)線是這幾年才開(kāi)始成熟起來(lái)，這個(gè)趨勢(shì)到2020年之前會(huì)反轉(zhuǎn)。

責(zé)任編輯：lixin

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