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锂離子電池的發展前景

生活 更新时间:2024-11-30 06:49:10

锂離子電池的發展前景(專家為锂電池喊冤)1

12月17日,原國家863電動車重大專項動力電池測試中心主任王子冬做客前途汽車方面位于北京的特設體驗店“前途·驿”,圍繞着動力電池安全性問題,為外界帶來了“前途汽車充電時刻”系列公開課的第一場“漫談”。在這種屬于“新勢力”的獨特氣質與氛圍中,短短兩個多小時的光景裡,王子冬見解獨到的講演幹貨滿滿,且金句頻出。

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國内新能源汽車生産節奏不正常

引用源自于中國汽車工業協會方面近幾年的新能源汽車産銷數據,王子冬在現場表示,國内每年新能源汽車的産銷都呈現出逐月增加,好似“從零開始”的爬坡态勢,這是不正常的。

“這反映出前半年都沒活幹,後半年則是加班加點幹,按照去年一年的數字來看,似乎是前七個月基本都沒有怎麼幹活,從整個工業發展的大角度來看,這是有問題的。”

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盡管外界當前對于新能源汽車的發展勢頭較為看好,同時立足于當前的“車市寒冬”來看,唯有新能源汽車版塊的數據表現較為亮眼,但王子冬提醒稱,看似欣喜若狂的數值增加,其實辯證地看實際上并不是很好的事,因為産能過剩将會使新能源産業存在很大的泡沫。

走多遠并不是電動車的優勢,而是能帶多少電走多遠

目前,外界對于一款動力電池的評判指數維度标準,往往都盯在能實現多長的續航裡程,以及具體的能量密度上。

而王子冬認為,其實走多遠并不是電動車的優勢,而是帶多少電走多遠。進一步講,影響帶電續航能力的要素則是單體電池的衰減速率。

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“衰減了多少是很重要的指标,以現在市面見得最多的特斯拉Model S為例,它的電池是85度電,800公斤,單體電池是240瓦時,有57%的衰減,而像德國一些有代表性的企業,他們的衰減可以控制在20%以内,所以模塊組合技術水平的高低,不看你帶多少電量,實際上要看衰減,看單體到系統衰減了多少,而三星和LG的電池結構都是這樣的。”

同時王子冬還認為,電池組和油箱有很大差異,電池組有電和沒電,重量沒有差别,但是油箱加滿了以及跑完了之後,重量發生了改變,所以傳統燃油汽車是越跑越輕,而電動汽車則是越跑越重。

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“因為電池帶的電少出的力反而大,所以電動車一定不能加很多的電池,長距離走,就會帶來五個副作用,在科技上沒有交點,就沒法解決。所謂時間和技術有交叉,就是說達到一定的時間,技術能夠攻克,這是交點。相反,如果一直平行就永遠解決不了。所以電池越加大的時候,帶來的副作用越大,就越被動。”

因而作為該領域内研究多年的專家,王子冬表示,其實用锂電池做電動車的時候業内專家學者早就知道電池即便達到了“天花闆”,也注定不能替代燃油車。“所以我們政府和國家推這件事情的時候,更多強調電動化,電驅動化,而不是電池化,不是靠加多少電池讓車走多遠,因為電池存在天花闆。但是我們仍堅持電驅動化,是因為電機的驅動效率遠高于發動機的驅動效率,電機的平均效率可以過80%。所以最終的方案是要解決電從哪兒來,而不是說一定要用電池,因為電池組的重量和體積是永遠不可能跟燃油抗衡的。”

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動力電池很冤,電池都是“被點燃”的

從技術層面來看,今年參與召回的很多電動汽車,主要原因都與動力電池的自燃現象有關。

而王子冬在講演現場表示,其實公允地看,燃油車的自燃事故相較于電動汽車車型而言并不見少,這并非為電動汽車開脫,畢竟無論從保有量還是從可發生自燃的零部件概率來看,确實還是傳統燃油車更在數量上占有較大比重。

那麼為何對于電動汽車安全性的負面影響就如此引人關注呢?

王子冬用感冒和非典做了一個較為明顯易懂的比喻:“2003年的SARS我們都經曆過,但是真正死去的人數量或許隻有一二百個,然而全世界每年感冒死的人單位則是數以萬計的,可我們從來沒有聽過誰得了感冒很害怕。那麼為什麼我們對SARS這麼恐慌呢,這是因為SARS沒有藥,感冒卻有藥,盡管感冒的并發症更多,但我們都有恃無恐。”

在他看來,電動車和燃油車也一樣,外界都知道燃油車出事是燃油車燃油洩露且遇明火導緻,而不會無故自燃。但是電動車出如果是因為電池液洩露易自燃,就和SARS一樣,原因很多,難以說清,也沒有很好的解決措施。“因而在沒有完全掌握锂電池着火規律之前,把控能量密度與安全性和長壽命的平衡關系,是我們不能忽視的問題。”

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從起始階段出發,其實锂電池不穩定,特性天生就是個“爆脾氣”,這是圈内從業者的共識,但核心問題其實更多的則是出在電解液上。“因為着火的就是電解液,它是有機溶劑。”所以如果按照王子冬的理論來看,電解液其實才是導緻動力電池起火的“罪魁禍首”。

而立足于對今年召回的很多電動汽車的調查研究,王子冬指出,很多電動汽車自燃問題看似出自電池本身,但是很多時候其實内置的動力電池是“被點燃”的。

“比如充電不好、管理不好,散熱不好,都會導緻電池被點燃,或者像跑車這種,它的電池一定要适合大電流放電,否則就容易被着火。所以電池其實很冤,媒體最好不要總是向外界說電池着火,其實電池是‘被着火’。”

市面上的充電原理全錯了

在進一步論證解釋電池是被“點燃”的之前, 王子冬指出, 電池容易出現的安全性問題,多數體現在以下幾類過程中。

首先是電芯的制造過程中,往往多見諸如三星、LG等锂電池工廠在制造過程中着火;然後是在電池組集成過程中,電池裸露在外面,集結成組的時候容易出現問題;再來即是在儲存過程中,而鑒于锂電池制造工藝的苛刻要求,電池多數都需要一個出庫前的倉儲階段,經由這個階段,電壓衰減更快的不好的電池會被篩選掉,然而當瑕疵變大,也就容易出現着火等大型事故;還有即是在運輸過程中,在長時間的複雜路段上,因為刹車系統經常摩擦導緻溫度升高,也容易将電池點着。最後則是在回收以及材料提煉的時候,由于某些解決方式不當,将會對環境産生更大的威脅。

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當然更多的時候,與用戶發生關聯的情況,還是在使用過程中,具體則是在充電過程中發生自燃。

“但是我們可以看到,現在市面上所有的充電器,原理全錯了。而這個原理有點像坐地鐵,是靠後面的電動勢以‘推’的方式推進,将锂離子逼出牽引。而锂電池自1970年發明的時候,其實就叫‘搖椅電池’,簡而言之需要锂離子在正負極之間來回的運動實現充放電,而沒有氧化還原反應,所以它的充電方式本應是牽引式充電,而非‘推’的。”

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▲“搖椅電池”的基礎化學性充電原理

用前言所述的“擠地鐵”比喻也很明晰,因為一旦人出現單方向推擠,則必然會出現問題,而锂離子在元素周期表中又十分活躍,當锂離子之間因為“推式充電”離得太近,則會變成锂電子,都堵在“電池的門口”,且前後有很多“阻力”不通,就非常容易出現較大大問題。

沒有充分驗證導緻事故頻發

跳出純技術層面,王子冬分析當前多數國産電動汽車發生事故的外部原因時提到,主要是沒有實現對于新技術的充分驗證

“補貼政策一年一調整,補貼錢數減少可能是正常的,但不能在減錢的同時也頻繁的調整指标要求,因為沒有多少國内新能源汽車生産企業能跟得上,而多數情況下他們又都想趕補貼,但驗證一項新技術需要很長的周期,所以很多項目沒有充分驗證就開始了。”

同時他還引用相關事實說明,國外對于新技術做實驗會做600或700項,而一些國家門檻标準的制定,包括測量長度、外觀、重量等數據的測試實驗,總共統計隻有32項。

除此以外,國内主機廠同電池廠對應要求的不确定性和相對盲目性同樣是導緻事故多發的重要誘因,“寶馬當初向CATL(甯德時代)提出的電池要求,有整整一本書,而我們國内的很多電池廠生産出來的電池,可以提供給各個品牌,而各個品牌對于他們的要求,可能往往隻有半頁紙。”

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有鑒于上述内容,王子冬個人認為,實事求是地看,其實國内在新能源汽車領域,同國外某些知名品牌的技術儲備以及發展的差距其實并非不斷縮小,而是在加大,因為我們在評價上“做減法”,而國外則是在“做加法”。而重視評價和驗證最核心的意義在于,要通過這些評價來找到最為合理的管控方式。

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在王子冬看來,前途在當前國内的電動汽車發展大潮中是有技術優勢的,這種優勢既反映在敢于在初始階段就以跑車起步的膽識,也體現在前途方面堅持動力電池汽車系統技術的理念。

同時王子冬還認為,前途電池系統的分箱設計為其應對将來可能出現的問題準備了條件。“其實電池的分箱很難,很多企業也想這樣做。但分箱以後會使箱體的尺寸變大,需要相當大的技術儲備消化。而我看到前途汽車在實際上還留了空間,至少在現在基礎上可以提高一百多公裡的可能性,這個事很小,但是不容易,因為車上有剛度問題,越大的箱子解決剛度就越難。”

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同時動力電池組也是非常複雜的能量系統,在每天生産幾十萬個電池的頻率之下,一但出現幾個不合格的電池,将比重做一天的電池量成本還高。而前途K50在電池生産上始終遵循一緻性原則,這在王子冬的理解之中,相對于國内其他對于電池控制策略認知不足,而誤認為“可一以待之”的主機廠而言,不“朝三暮四”的前途能做到從一個電池的安全和循環壽命,再到安全管控及熱管理等方面一直從可靠性、安全性較高重視角度去管理,這就很難能可貴了。

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再加上前途電池的腦系統-BMS,可監控每一個電池箱全壽命周期内的電池數據,同樣也能為電池診斷提供較為高效的數據支持。

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綜合上述諸多内容來看,其實外界似乎會覺得,相較于傳統燃油車而言,電動汽車目前因為發展不完善而在客觀上存在諸多劣勢,那麼為什麼國家仍然堅持一定要大力發展汽車電動化事業?

按照王子冬的說法,這或許主要是源于對改變能源依賴現狀的考量。

“中國要從大國走向強國,該怎麼走?在傳統領域中,目前似乎發現幾乎沒有任何希望,用市場換技術換了三十多年,換來更多的技術了麼?非常客觀地講,我們現在的很多企業仍然不會自主設計汽車,像吉利還是靠收購沃爾沃提升自己,比亞迪靠跟奔馳合作,華晨靠與寶馬合作,國内的車企很多都在走合資的道路,但合資過後他們真的會設計汽車了麼?一汽設計了紅旗,花了近似于天文數字的很多錢,結果說實話前些年賣得非常不好。”

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所以王子冬認為,國家希望從電動汽車方面予以更多支持,可能主要也是出于以下考慮,一個是能源安全問題,一個則同國家技術有關系是出于内部考慮,

“我很多時候會問自己,為什麼全世界那麼多國家隻有我們國家會這麼在意能源安全?我去了很多國家,人家都沒有這種感覺。那麼中國未來發展的空間在哪裡,在未來發展過程中一定會在某些程度上擠占到别國的空間,那麼或許其他國家就會采取從能源方面入手來進行限制的做法,而這可能也是困擾了很多領導的大問題。所以我們現在,包括全産業都在說發展新能源,就是希望在“換賽道”的時候,至少在能源方面,我們是不是可以不太依賴于石油?所以你們媒體總是在說,‘為什麼這是一個看似有問題的方向,為什麼還堅持去做?’其實站到更高的層面去想,結果應該都是一樣的,我們一定要去走這條路。”

國外燃油車禁售表的“煙霧彈”

那麼國内現在的新能源汽車到底在做什麼?從王子冬的視角出發,其将當前的很多探索理解為“在朝這條路向前走的過程中的試錯”。

“我們希望走出屬于中國自己獨特的路來,那麼就得在沒人引領無人告知的前提下自己把錯誤試出來,因為你換賽道的時候,人家都是跟着你換過來的,所以都需要自己摸索,而摸的過程中,就必須付出代價。所以也請外界一定要理解和支持産業界和科技界。”

所以在他看來,包括锂電池在内的各類探索,即便諸多專家學者在起始就知道它有問題,但仍希望在解決的路上外界能騰出空間,“至少這幾年先用上,然後我們再想辦法去解決嗎,總比我們什麼都沒有要強吧?我們等着是沒人會給我們這些東西的。”

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在淘汰傳統燃油車的時間表上,王子冬也表達了自己的看法:“還有全世界很多國家雖然都在說淘汰燃油車,但一定不能被騙了,因為沒有人會真的淘汰燃油車,全是障眼法,他們在傳統燃油車上投入已經有了一百多年的曆史,怎麼可能自己去革自己的命呢?他們其實在表述時打了一個啞謎,什麼呢?淘汰‘傳統燃油車’,這和很多人誤解電動汽車就是‘電池驅動’是一樣的,我們理解好像‘有内燃機’的都可以叫‘傳統燃油車’,其實不是這個概念。而當前包括美日歐洲在内的很多西方國家,做的已經不是‘傳統燃油車’了!”

有鑒于此,王子冬提醒在場的行業人士要有定力,在面對很多“煙霧彈”的時候,一定要明辨是非,既不能在别人都說什麼的時候跟着起哄,也不能再稍有問題的時候就落井下石,“一定要給點容忍”,因為科技并不容易。

“所以看日本人的解決方法,他第一個解決減少油耗的問題,比如說從7L走百公裡講到2.5L走百公裡,這不就是節能減排了麼?這确實最有效,而我們現在推電動車,多數時候都不知道到底哪裡“節能減排”了。所以不同的國家在表述時千萬不能被其迷惑了,像挪威、荷蘭等很多歐洲國家都說淘汰傳統燃油車,事實上他們連汽車工業都沒有,而這就叫‘蹭熱度’。”

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或許“前途·驿”并不是一個最大的技術讨論宣講平台,但從實際效果而言,前途汽車方面借用這種方式,實現了對于産業發展認知的回饋,也相應地提升了自己産品相應電池技術的傳播度。而在這個有如沙龍一般的氛圍裡,衆人确實得到了對于動力電池發展技術以及相關瓶頸的确切認知。

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但在了解到問題所在以後,還需想辦法對症下藥,所以在最後所有人都不免會疑問,國家大力發展新能源電動汽車的“前途”在哪裡?

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王子冬在最後給到的答案就相對很簡單了:技術層面,需要各部分系統好好配合;将一體化設計問題不止落實在第一階段,要真正達到一體化在三階段,通過全面測試找到這些問題的平衡點;而在這些參數和系統達成平衡之後,還要堅持把安全性和可靠性放在第一位,在保證的情況下再談成本;最後,還急需加快回收的能力,防止動力電池有可能對環境造成的第二次污染。

不過,或許世間之理就是如此,越是看起來能一言以蔽之的道理,真正付諸行動,就越是困難,所以想要找到真正的“前途”,或許隻有理論層面的理解,才隻是千裡之行的第一步罷……

【版權聲明】本文為汽車頭條原創文章

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