探索锂电池性能与安全协同推进方法论

电动汽车安全事故的不断发生，让动力电池安全性备受关注。怎样在满足动力电池不断提高的能量密度以及不断增加的车辆续驶里程要求的同时，提升其安全性，并延长使用寿命是全球汽车行业都在关注的话题。10月13日，在浙江湖州举行的第十一届国际电动车新型锂电池会议（ABAA11）上，来自全球各地的汽车行业工程师和政府部门管理者就车用锂电池发展展开了讨论，以探寻车用锂电池的创新发展。

■能量密度与安全性必须兼顾

“当前，动力电池在使用中面临很大的安全挑战，这要求我们必须加强电池安全性的研究和技术的提升。”正如中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高所言，在电动汽车应用中暴露出的动力电池安全问题给行业敲响了警钟，要求行业必须提升技术水平和安全性能。中国汽车工业协会副秘书长叶盛基指出，锂离子电池作为目前新能源汽车的核心零部件之一，现阶段需要考虑的问题是，如何确保其安全的前提下，积极满足消费者对充电速度、续驶里程、循环寿命等方面的需求。“在我国，对动力电池各方面性能有明确要求，针对能量密度和成本等方面，更是提出了具体的数值指标。能量密度和安全性是动力电池发展过程中必须兼顾的目标，这也是摆在全球动力电池从业者面前的课题。”叶盛基说。

“锂电池在运行中会溢出锂解质、热量，电池一旦过热就可能出现爆炸或燃烧等安全事故。不过，车用电池追求高能量密度以提升续驶里程是行业普遍追求的目标，在实现目标的过程中，怎样兼顾能量密度和安全性？这就需要我们不断提升技术，做创新性研发。”中国科学院院士、厦门大学教授孙世刚在接受《中国汽车报》记者采访时表示。事实上，目前各国汽车行业都在尝试提升技术水平以保障电动汽车的安全性。欧阳明高介绍，他们正通过研究隔膜技术，加强对动力电池热量的管理，在此基础上提升动力电池的安全性能；日产集团相关负责人Atsushi Ohma也介绍，日产通过粘结剂的使用来提升电池的稳定性；奔驰集团相关负责人Andress Hintennach说，他们正在对以橄榄石为材料的碳图层进行研究，目的是提升电池性能，并达到结构的稳定性。不过这种材料的化学结构比较复杂，在实际运用中可能会出现新的难点。

在保障安全性能的前提下，提升电池的能量密度、循环寿命、降低成本是全球动力电池行业坚持不懈的研究方向，也是此次ABAA会议讨论的焦点。为了实现上述目标，各国汽车行业不断创新研究方法、材料工艺、管理思路，希望通过技术的创新提升车用锂电池的性能，更好地满足市场需求。

■快速充电是行业一致目标

让电动汽车像燃油车快速加油一样实现快速充电是电动汽车市场化发展必须具备的前提条件，也是车企和相关管理部门的一致目标。现场，几乎所有车企都提到了快速充电的话题，包括宝马、通用、日产、奔驰、大众等在内的国际车企无一例外地提出快速充电的开发计划，10～15分钟充电80％以上也成为各国管理部门对行业的普遍要求。福特相关负责人表示，希望能通过超过800伏的高电压，实现15分钟不低于300英里（482.8公里）的充电目标。

美国能源部工作人员Dave Howell表示，充电时间控制在10～15分钟是消费者的普遍要求。在美国能源部主导的研发项目中，在不影响电池本身使用寿命的情况下提升充电速度是一个重要研究方向。“特斯拉的超级充电桩，可以实现20分钟200英里（321.8公里）的充电速度，我们希望能够更快，15分钟甚至15分钟之内就可以实现这样的充电里程数，这是我们努力的方向。”同样的，美国能源部提出的快充目标也是中国、日本、德国等政府管理部门希望能达到的水平。

事实上，快速充电会折损锂电池的寿命，目前的技术水平和材料结构尚无法解决快速充电和电池寿命之间的矛盾。中国工程院院士、北京理工大学教授吴锋指出，目前的锂电池性能和材料结构形成的电池特性，决定快充对电池寿命的损害不可避免，这是其化学特性，是客观存在的。行业需要不断进行科研创新，研发新的材料和结构以满足锂电池快充的需求。“我们需要提升充电桩功率密度、保证大电流快充过程中的安全性。”吴锋说。

欧阳明高也指出，电动汽车在我国有良好的发展前景，预计不久的未来保有量将超过800万～1000万辆。不过，在电动汽车保有量提升的过程中，也要解决产品使用的便利性问题。怎样解决这一问题？他认为，未来，电动汽车会进入和互联网结合的充电网络发展阶段，以此来提升充电便利性。

Dave Howell进一步强调，在提升电池性能的同时，还必须不断降低电池成本。“过去20年，电池成本有了很大程度的降低，未来仍需进一步降低电池成本，希望正负极材料的成本能够降低5％，甚至更多。”对此，各国研究者正在积极推进材料的改进或替代，如尝试使用钛合金、铝镍合金等材料。“钴的成本很高，我们可以考虑增加镍材料在锂电池中的应用，替代钴或减少钴的用量，在保障动力电池性能的同时达到降低成本的目的。”孙世刚如是说。

■加强交流合作 推进车用锂电产业发展

“我国动力电池产业面临总体产能过剩，优质产能不足的局面，多元化发展已成趋势，并将面临新一轮洗牌。”吴锋强调，如何根据整车市场需求，从基础研究入手，系统解决动力锂电池的高比能、安全性、长寿命、低成本等问题，是动力电池行业当前面临的迫切任务。具体到技术上，在高比能高镍锂离子电池体系上，是采用液态阻燃电解质还是采用固态电解质以解决其安全性问题？在多电子体系上，是走锂硫的技术路线，突破提高体积比能量的技术瓶颈，还是采用富锂正极材料，突破长循环寿命的技术瓶颈？材料体系可否实现无钴化以大幅降低电池成本？动力电池系统如何建立安全阈值边界，以实现安全状态的定量描述和控制？动力锂电池的制备工艺是否会产生颠覆性的变化？废旧动力锂电池有无绿色的回收与再生技术途径？这些问题都有赖于我们进行广泛深入的学术与技术交流。

浙江省政协副主席周国辉也表示，动力电池是新能源汽车的核心部件，是电动汽车的心脏，新能源汽车产业的快速发展离不开动力电池技术的重大突破。这需要国际同行在尊重和保护知识产权前提下进行交流与合作，在互联网和全球化深度融合发展上更应如此，单边主义和贸易保护主义是行不通的。“绿色发展与创新发展是当今世界各国普遍追求的经济和产业发展方向，新能源汽车产业和技术把两者完美融合了起来。我们此次共同探讨动力电池的前沿技术和市场应用，必将为动力电池的突破性发展提供助益。”周国辉说。他同时介绍，湖州依托本地动力电池的产业基础，积极推动ABAA会议永久落户湖州，借助国际交流平台的搭建和国际交流的不断深入，推动了本地乃至整个浙江新能源汽车产业的发展。

叶盛基认为，要实现动力电池的发展目标，需要国内外同行的共同支持和帮助，克服技术进步过程中碰到的种种困难；要搭建协同发展的沟通平台、加强国际合作协调与人才培养、发挥行业引导和规范作用，加速产业发展。吴锋也指出，ABAA会议搭建了一个交流合作的平台，希望能够通过各国学者之间的思想碰撞，进一步激发锂电研究的活力和相关产业发展的潜力，不断找出新问题、新差距，提出新思路、新方法，研讨新对策。