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热门关键词: 新能源汽车  锂电池  磷酸铁锂  as  质子交换膜

吴锋:中国动力电池优质产能不足 急需创新发展

来源:盖世汽车网 作者:管理员 人气: 发布时间:2019-07-09
摘要:经国务院批准,世界新能源汽车大会(WNEVC)于2019年7月1-3日在海南博鳌隆重召开。大会着眼于全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善,通过聚集全球专家智慧和产业精英,共同交流探讨新能源汽车在技术创新、产业创新、政策创新、市场模式创新等领域的成

吴锋

经国务院批准,世界新能源汽车大会(WNEVC)于2019年7月1-3日在海南博鳌隆重召开。大会着眼于全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善,通过聚集全球专家智慧和产业精英,共同交流探讨新能源汽车在技术创新、产业创新、政策创新、市场模式创新等领域的成功经验与发展趋势,凝聚产业共识,明晰汽车产业转型升级的方向,探索电动化、智能化、共享化协同发展的有效路径。在2日下午的全体大会上,北京理工大学教授、中国工程院院士吴锋发表了演讲,内容如下:

尊敬的各位来宾下午好,我的第一排几乎没有人了,所以我非常感谢大家坚持到现在听我们的报告。现在向大家汇报一下,我们在动力电池和相关材料的研发一些情况。

今天很多专家讲了发展概况,从八五开始,国家科技部开始立题,电动汽车和相关零部件已经开始启动,经历九五、十五一直到现在十三五。我可以说是从头经历到现在。

大家看到我们国家对于锂离子电池指标是300,绿色是我们团队达到的,现在也是不断在进步。这是2017-2018年,我们国家动力电池配套的排名,大家可以看到,宁德时代是最多的,其次是比亚迪,反正前面几家基本都集中在我们整个动力电池80%-90%,动力电池下一步可能要洗牌,现在还有几百家厂,可能会有比较大的动作。

从材料体系来讲,磷酸铁锂、三元、锰酸锂、其它。占得最多的还是三元。

我现在讲一下技术进展,我们在富锂锰基材料做了设计,构建仿生膜设计,通过界面保护提高材料续航稳定性,构筑能够选择性锂离子电池,提高材料倍性。

在分析方面,我们做无集流体,无黏结剂的电极,可以提供更多电化学位点,从而提高电极比容量。在锂硫电池正极材料方面加强能量密度的提高。电池能量密度达到545Wh/kg,我们特殊条件是国际通用的,很多人讲了很多安全性方面的东西,安全性从材料入手,包括温度敏感电极、陶瓷高强隔膜、安全电解质,显著提高安全性。还有基于纳米、二氧化钛和粒子液体的凝胶固态电解质,在1300℃/60s不燃。在系统安全属性方面,我在2015年提出了电池安全阈值边界的识别和控制,我们团队鉴于这个概念,建立了相关的安全状态的数学模型,通过建立这个数学模型,可以将量化的安全度实时显示在电动汽车仪表盘,给司机提供可视化的安全预警,赢得更多的逃生时间。

在动力电池回收方面,意义不讲了,采用了绿色回收技术,用的不是强酸,而是用天然有机酸,最高可以达到99%的回收率,包括钴、锂、镍,把回收过来的材料再做成正极,也符合正极的要求,这属于一个内循环,从废旧正极片到新的正极片。

一个外循环,像废旧电池的负极,大家知道就是碳,碳价格并不高,可是我们将碳回收回来,做成了碳吸附剂,碳吸附剂可以用来吸附磷,高达588mg/g,把碳的吸附剂放在太湖、边池严重污染的湖水中,能够处理污水,再把处理后的吸附剂含有磷,再把磷放在土壤里,作为磷肥缓蚀剂,这是一个外循环,因为这个量要求很大。

另外今天有些专家提到,刚才大家看到那是三元材料,在2019年磷酸铁锂有没有可能重新崛起,在补贴退坡之后,比能量有些奔着200去了,在这种情况下,鉴于上面这些原因,磷酸铁锂有可能还要再次崛起。

我们主要还是集中在提高安全性、提升比能量,提升寿命、控制成本,寿命和成本也是密切相关的。

在高比能正极材料方面,大家在做高镍或者做低钴、无钴的材料,低钴是大趋势。富锂锰基是下一代高比能锂离子电池的主要正极材料,因为在研究当中发现,这里面实际上氧参与了反应,就从单电子上升为多电子反应。锂离子电池的极限是250,现在利用这种反应,做出的电池已经做到400了,还有望进一步提升,下一代锂离子电池可以做得比能量更高。

负极很多专家也讲了,这里面一开始还是硅碳复合,纯硅好不好,我觉得还要再远一点。但是用什么样的碳,特别是纳米化的碳怎么样用,你是用碳纳米管还是用石墨烯都是需要考虑的。

电解质也是锂离子安全的主要危险因素,下午也有专家讲了,往固态化方向发展,现在我觉得目前还达不到全固态,我们现在做了新型仿生蚁穴结构的离子凝胶电解质,在锂金属表面形成保护层,有效抑制锂枝晶生长。有些东西我们没法表达,我们也在向仿生方面走,电池要做得绿色。

过去动力电池隔膜比较厚,以后要求高比能的话,高稳定性,要有一定的强度,希望轻质和超薄的。

从总体建设来说,迈向固态化时代,刚才提出了前沿技术有固态电池,现在固态电池流体性和硫化合物的结合还是比较看好的,但是我总觉得还是一步步来,从固态化再向固态走,然后全固态可能还要靠后。

锂硫电池刚才很多人讲,他有很高的理论质量密度,可以达到2600,体积能量密度是妨碍在电动车应用的一个很大的问题,美国他们也在做。北京路非常堵,堵的时候车子可以腾空,往前走几百米再下来,如果你敢这么想,这个地方就是可以用锂铁电池,因为它轻,如果想做成飞行器,要材料本身轻,而不是怕体积。这两个结合,以后用多了也是非常广泛的。

我们还做了光充电的二次电池。原来我提出在电解质添加添加剂,电池做成透明的,把光导入,本来是化学电源也加入了物理电源的色彩,太阳能一照,也能充电。大家知道电池储存的时候时间长了不维护就会有问题。如果能够通过光充电二次电池,能够解决电池超长储存也是很有意义的。原来锂电池是镍和钛,现在这么高的镍,会不会在锂电池产生集聚效应,这可以去探讨,能够把体系做得更丰富。如果把叶绿素引进又把生物放进去了。希望能够有一些发散的思维。

在2002年,我提了多电子反应,6年以后,我们提出去轻元素多电子反应,第三期提出了轻元素多电子多离子反应,能量密度从300到400到500,上了三个台阶,把电池反应从单电子反应走向了多电子反应,这样对于高比能电池是非常有意义的,包括美国和日本的计划都用了我们这些概念。

动力电池梯次利用,大型储能系统所需的管理电池是动力电池数量的几百倍甚至更多,针对于退役动力电池的一致性和先进的电池管理控制软件系统提出了更高的要求和挑战。在电池管理控制系统技术不成熟的前提下,退役动力电池用作移动应急电源等小型储存系统更为合适。按照现在的技术,马上把电动汽车电池退役之后用在太阳能和风电的储能,从小到大,我认为是很悬的,最近也有几个电站发生爆炸,我觉得这里面可能还需要认真研讨。

根据3R&3E策略,采取多种方法回收油价金属,降低各类污染。现在实际上回收是非常重要的,大家知道日本就是通过回收技术,过去说我们是地大物博,把“博”变成“薄”,现在不够了。日本说没资源,可是就是通过回收,每年回收的金比南非还要多,银比波兰还要多。

在保障安全性前提下,继续开发高能量密度、功率密度、低成本、可靠性的动力电池体系,建立完整的动力电池梯次利用和电池回收再利用体系,加快推进新能源汽车发展。技术发展的不确定性,意味着可能随时被颠覆;中国动力电池目前状况是总体产能过剩,优质产能不足,急需进一步创新发展,以期取得具有颠覆性的技术突破。我们现在想做的工作也是在这方面,但是一个真正从基础做起来颠覆性的工作,并不是一气呵成,有时候不能太急于求成,有时候这个事情要做五年十年或者十五年,我们现在也在这方面做,现在又要求动力电池那么低,最近美国提的是80美金/kW,比能量要高,寿命要长,价格要低,所以我觉得从整个材料体系来讲,我们都要有些创新性的思路。

谢谢大家。

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