車用動力電池仍離不開磷酸鐵鋰

9月26-27日，中國電動汽車百人會在上海嘉定汽車城舉辦了最新一期的產(chǎn)業(yè)培訓，本期主題是“電動汽車核心技術突破與創(chuàng)新”，中科院物理所研究院研究員、博士生導師黃學杰、武漢大學化學與分子科學學院教授、博士生導師艾新平作為行業(yè)專家代表對動力電池及關鍵部件、核心技術，及下一代電池技術路線做了詳細深入地闡述。

華霆(合肥)動力技術有限公司總經(jīng)理周鵬、上海電驅(qū)動股份有限公司副總經(jīng)理張舟云、精進電動科技有限公司董事長、總工余平、上海捷新動力電池系統(tǒng)有限公司工程部副總工程師朱玉龍、新能源汽車動力系統(tǒng)專家王英、華域汽車電動系統(tǒng)有限公司電機設計高級經(jīng)理宋志環(huán)圍繞電驅(qū)動發(fā)展趨勢與前沿技術分享了實踐中的經(jīng)驗。

動力電池作為電動汽車的核心部件，它的性能影響著整車的速度、續(xù)駛里程等諸多方面，所以一直以來，對電池技術的研討從未停止過。由于不同材料對電池性能的影響，究竟哪種材料才是最適合車用的動力電池更是業(yè)內(nèi)熱議的焦點，也是攻關的難點。

磷酸鐵鋰過時了?

作為“十二五”國家863計劃電動汽車轉(zhuǎn)向總體組專家的黃學杰主要從事鋰二次電池及其相關材料、工藝和裝備技術的研究，他指出動力電池在我國的發(fā)展主要有兩條技術路線，分別針對商用車和乘用車，商用車主要選擇磷酸鐵鋰電池，預計今年能突破160 Wh/kg;而乘用車因為對比能量有較高要求，所以三元材料電池受到更多青睞，目前電池單體的比能量能夠達到220 Wh/kg，而電池包系統(tǒng)能達到150 Wh/kg。

中科院物理所研究院研究員、博士生導師黃學杰

然而這樣的比能量并不能滿足人們對更長續(xù)駛里程的要求，所以人們還在不斷嘗試不同的材料。黃學杰介紹，除了鈷酸鋰在手機上應用以外，其他錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、高鎳富鋰等都在不同程度上擁有一定的優(yōu)勢。

其中，NCA三元材料由于其單體比能量高，儲存壽命長，而受到一些青睞，法國的SAFT公司就曾經(jīng)將這種材料的電池用在衛(wèi)星上，如今，特斯拉也同樣配備的是NCA電池。但另一方面NCA的循環(huán)壽命卻較低，更重要的是其安全性能較差。雖然單體比能量高，但成組后的比能量卻大幅降低。為了保證更長的續(xù)駛里程，必然需要更多量的單體，那么在安全方面就會產(chǎn)生一定的隱患。

黃學杰對上述幾種材料的電池做了較為詳細的比較，鈷酸鋰雖然性能良好，但成本很高，所以只應用于手機中;錳酸鋰成本較低，目前在商用車領域需求較多，但其比能量較低，所以低速車、兩輪車比較適用。綜合比較看來，黃學杰認為，磷酸鐵鋰循環(huán)壽命長，安全性、穩(wěn)定性強，成本也正在逐漸降低，所以依然是目前的主流選擇。

對于這一觀點，艾新平持同樣態(tài)度。曾參與國家科技部《新能源汽車轉(zhuǎn)向》指南編寫的他堅決反對為了增加續(xù)駛里程而盲目增加電池重量的做法，因為這種做法會導致車輛整體重量上浮，那么能耗也隨之升高，使得電動汽車反而不環(huán)保，且這種做法導致成本也大幅度增加，不利于市場推廣。

所以艾新平強調(diào)，動力電池總體的發(fā)展方向，必須在滿足安全性、長壽命、循環(huán)壽命等指標下大幅度提升比能量。綜合比較各種材料電池，他同樣認為鋰離子電池仍是動力電池發(fā)展的重點。

如何提高磷酸鐵鋰的比能量?

黃學杰提出，磷酸鐵鋰繼續(xù)研發(fā)的重點不是材料本身的改進，而是在于電池的設計以及配套的負極材料方面。在他看來，磷酸鐵鋰經(jīng)過這些年的發(fā)展，已經(jīng)形成了年產(chǎn)10萬噸以上的產(chǎn)能，材料的技術已經(jīng)非常成熟了。那么接下來需要重點研究的是給磷酸鐵鋰配什么樣的負極材料才能更好的發(fā)揮其優(yōu)良性能。

黃學杰以兩種材料為例，一種是可以在低溫下快速充電的，另一種是可以有更高比能量的。低溫下可以快充的是石墨烯材料，擁有較高比能量的是硅碳材料，且必須是納米級的硅。

對此，艾新平表示，想要提高磷酸鐵鋰的比能量，就必須解決硅負極的循環(huán)庫倫效率低和富鋰錳基的電壓衰減問題，才有望發(fā)展出比能量突破400Wh/kg的先進鋰離子動力電池;而從遠期看來，革新型鋰離子電池較鋰硫、鋰空更具有現(xiàn)實可行性。他提出，開發(fā)基于陰離子電荷補償機制的高容量富鋰氧化物正極(≥350mAh/g)，可以發(fā)展出比能量大于500Wh/kg的動力電池。

武漢大學化學與分子科學學院教授、博士生導師艾新平

艾新平強調(diào)安全性決定了高比能量電池裝車應用的前景，發(fā)展自發(fā)熱控制技術和全固態(tài)電池是可行的解決方案，所以必須要加緊攻關。而高載量電極是實現(xiàn)電池高比能的基礎，根據(jù)極化模型，開發(fā)梯度孔率電極，對于高比能電池發(fā)展具有重要作用和意義。

磷酸鐵鋰優(yōu)勢愈發(fā)顯現(xiàn)

黃學杰介紹，目前新一代的磷酸鐵鋰電池單體的比能量已經(jīng)可以達到175Wh/kg，成組后能夠滿足商用車150Wh/kg的要求。在他看來，沿著上述路線繼續(xù)研發(fā)，到2020年磷酸鐵鋰電池包實現(xiàn)180Wh/kg的目標是可實現(xiàn)的，且還有更大的發(fā)展空間。黃學杰還指出，磷酸鐵鋰不僅在中國的產(chǎn)業(yè)基礎比較雄厚，更重的是，其在商用、在儲能方面也均有應用空間。

除此以外，艾新平提到，固態(tài)電池是未來的必然趨勢，而固態(tài)電池對抗氧化能力、低溫導電率等都有較高要求，而現(xiàn)在流行的三元材料、鈷酸鋰等都無法實現(xiàn)，只有磷酸鐵鋰電池能夠滿足。