锂电池 何以担当

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  波音787的全球停飞,让人很容易联想到,2011年雪佛兰沃蓝达插电式混合动力汽车碰撞测试后锂电池组的起火、2011年4月众泰出租车杭州街头自燃,以及2012年5月深圳比亚迪E6遭击燃烧。新能源汽车出现起火或爆炸绝非个案,在世界各地此类案例屡见不鲜。
  对于近年来中、美国家锂电池组频发的着火事件,应如何正确看待锂电池的安全问题,中国工程院院士杨裕生认为:“既不必惊慌,又要重视。”
  他认为,大容量、高电压锂电池组的安全是个新问题,其影响因素多,环节复杂,深刻认识和圆满解决,要有个过程。
  杨裕生说:“在新能源汽车发展过程中,首先要树立锂电池是易燃物的观念,因为锂电池材料中,含有能量部件和有机溶剂,这些都是易燃物。随着今后比能量的提高,其危险性会更大。”
  不能因为,锂电池存在安全隐患就限制其发展。目前,锂电池和电池组的防火功能设计正在研究中,技术也在不断进步,其安全性能会不断提高。政府应该组织专门的管理部门,加强锂电池行业的安全管理。
  2012年12月11日,工信部安全生产司在其网站上发布了《关于组织开展我国锂电池行业基本情况调查工作的通知》,以加强对锂电池行业的管理和准入,从而提高行业的安全性。
  安全问题可能导致有些人怀疑锂电池“性能”,从上世纪80年代末开始研究二次电池的中科院物理所研究员黄学杰告诉记者:“目前,动力电池技术没有比锂电池更行。”
  黄学杰提到,目前,美国雪佛兰沃蓝达以及日本聆风热销几万辆,可以看出新能源汽车相关技术的成熟,电池质量有好的,未能实现预期更大规模的销售,发展的阻碍不完全是电池的问题。
  黄学杰介绍,我国政府大力推广的混合动力公交车、插电增程式电动汽车,以及纯电动汽车,都离不开锂电池。政府产业政策支持的车型都是优选的锂电池,这是其他电池种类无法比的。
  目前,混合动力公交车的动力电池从镍氢转向锂——国外汽车巨头相继推出锂电池版PHEV产品参与市场竞争,通用汽车雪佛兰沃蓝达(Volt)、丰田汽车锂电池版插电式普锐斯(Prius),本田也开始转变在混合电动汽车上。为什么出现这样的转变?黄学杰说:“一句话,性价比。在高端电池领域,锂电池最具优势。”
  杨裕生认为,锂电池将是新能源汽车的主力电池,拥有比能量高、比功率高、高能量转换效率、循环寿命长的众多优势。另外,新技术、新材料的研发和推广使锂电池的技术和性能不断优化。比如,新材料及纳米化,提高了比能量和比功率;国产隔膜的量产,大幅降低锂电池的价格;电池生产的半自动化,促进锂电池可靠性、一致性的提高;电源管理和控制系统的改进,锂电池的安全性和循环寿命正在提高。
  瓶颈
  我国较早站出来支持电动车发展的中科院院士何祚庥在接受本刊记者采访时说:“我赞成搞电动车,原因不多说,大家都知道。现在发生的问题是,蓄电池技术不过关。”
  中国汽研中心主任赵航认为,目前新能源汽车的重大突破在于电池。大众中国执行副总裁张绥新也表示,电池问题,还有一定难度。
  电池工业协会会长王敬忠在接受采访到说:“目前电池确实是新能源汽车发展的瓶颈,动力电池的很多问题没有彻底解决。”新能源汽车的电池成本、技术等问题,已成为全球共同面临的挑战。
  现有的动力电池材料中,锂电池性价比最高。锂电池寿命长,但成本高,存在安全问题,确实是严重制约新能源汽车规模化发展的重要因素。
  烧钱
  新能源汽车是汽车行业未来的发展方向,全球已达共识。我国新能源汽车产业始于21世纪初,于2009年开始正式驶入快速发展轨道。
  谁都知道新能源汽车会为电池行业带来巨大的市场。正如中国电池工业协会副理事长王敬忠所说新能源汽车规模化发展,将带来电池行业的井喷式发展。
  王敬忠认为,电池行业发展必须顺应历史潮流。国家政策持续支持的新能源汽车产业,对电池行业来说,将是一次革命性的推进,更是一次重大的发展机遇。如果新能源汽车的电池技术得以解决,未来电池产业将成为国民经济的重要支柱产业。
  鉴于此,新能源汽车带热动力电池企业的投资,资本开始十分热衷于动力电池及相关正负极材料。在此期间,很多企业一脑门子“扎进”了锂电池行业。现在看来,大多企业碰得“头破血流”濒临破产。
  王敬忠说:“现在生产动力电池的企业效益都不理想,能够实现盈利的企业不多。为此,我们进行了专门调查,生产动力电池的企业,几乎没有利润。早几年投入动力电池的企业,目前大部分都‘关门’了,只有一些资金雄厚的大企业,用其他渠道的利润支撑这一领域。”
  王敬忠一直主张,拥有雄厚资金实力的大企业从事动力电池研发和生产工作,在目前技术不够成熟、市场不够明朗的情况下,能够持续不断地“砸钱”进去。
  本刊记者从天津力神集团主管动力电池市场的贡经理得知,目前力神在这一领域也赔钱。他认为,做动力电池的企业压力很大,主要是新能源汽车规模化市场没有形成,大家都在投入。
  前不久,万向集团花费2.56亿美元收购美国龙头电池企业——A123 Systems,轰动整个行业。对万向集团而言,此次国外收购已不是第一次。
  从收购美国UAI、洛克福特等近30家国外知名汽车零部件公司的经验看,万向不是一个热衷于资本炒作和风险投资的企业。
  按万向集团董事长鲁冠球的说法:“万向搞电动力汽车10多年,天天在烧钱,还要再烧5年的钱,才能考虑赚钱的事情。”
  鲁冠球对行业的分析是比较理性的,不像“十二五”初期,有些人乐观地认为,3~5年新能源汽车就能大规模发展。现在5年快到了,发展现状并不理想。
  工信部副部长苏波3月7日在全国政协经济组联组会议间隙透露:“2012年没有完成(新能源汽车推广)年度目标。”苏波坦言,要完成《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》的规定,即到2015年累计销售50万辆新能源汽车的目标,需要强有力的措施推动才有可能实现。   对于新能源汽车真正规模化推广,王敬忠说:“具体时间不好确定,按目前发展速度至少还需10年左右”。
  这一看法美国能源部肯塔基州阿贡国家实验室电池制造配套研究与发展中心主任托尼汉考克认同。他认为,许多新技术从概念到实际生产都需要漫长的过程。现在新能源汽车使用的电池技术是10年前开发的。全新技术的独立发展需要投入巨大的努力,即使是有良好的电池解决方案仍然需要至少10年,或者更久。
  王敬忠提出,一旦发现一个新的正极材料做的电池能够满足新能源汽车的性能要求,即一次充电续航里程达300公里,且成本完全可以和传统汽车竞争,那么新能源汽车普及就会容易的多。
  担当
  对于锂电池来说,纵然目前不是新能源汽车动力电池的最佳“配对人选”,但被认为是“合适人选”。政府的优选、政策的倾斜、行业的力推、专家的肯定、企业的烧钱,无不促使锂电池去担当。
  “既然非用不可,那么锂电池业界该怎么办,才能满足混动、纯动汽车的要求。”黄学杰如是说。
  勇于担当是一种态度。在此阶段,锂电池业界理应有所担当,勇于看到自身的问题,挖掘自身的潜力,实现产业提升。
  杨裕生认为,各企业的生产水平参差不齐,与国外差距拉大;科技成果没有普遍用于电池产业界;安全性有待提高;比能量不能支持远距离行驶;一致性不够,成组技术尚未成熟;寿命不够长,汽车运行成本高等,都是当前我国锂电池的问题所在。
  提高比能量最重要,首要是提高电极材料比容量。据悉,正极材料、负极材料、电解液和隔膜是锂电池最重要的四大原料,是锂电池技术创新和性能提高的重点。随后,杨裕生介绍了锂电池的新进展。从正极材料方面看,锰镍钴三元锂,能做到提高容量;镍基能够提高电压;富锂锰基能够提高容量及电压;硫作为特高容量,但电压低。在负极材料上,可采用锡及锡基合金;纳米硅具有超高容量,理论上4200mAh/g;钛酸锂具有超长寿命。
  杨裕生说:“锂离子动力电池性能提高是一个长过程,而且锂电池比能量提高有限度,不能指望达到汽油的水平,问题是要巧妙地用好它”。
  众所周知,正极材料对锂电池的性能起着重要作用。按正极材料划分,锂电池的主流产品有钴酸锂,镍酸锂,锰酸锂,钴镍锰酸锂三元材料(俗称三元锂)以及磷酸铁锂。新能源汽车动力电池以磷酸铁锂和锰酸锂为主流。
  锂电池生产企业在全球范围内分为两大阵营,一是以韩国LG、日本日产和东芝为代表的锂电池企业,侧重于开发锰酸锂及三元材料为正极的动力电池;另一阵营是以A123公司、日本SONY、中国比克、比亚迪、力神为代表的主要开发以磷酸铁锂为正极材料的动力电池阵营。
  目前,磷酸铁锂由于具有另外几种材料不具备的循环寿命、安全和材料成本方面的潜在优势,被业界看做理想的正极材料。
  黄学杰说:“目前,大量使用的是磷酸铁锂电池,虽然比能量稍低,但寿命还行,比较适合中国发展。从国际上看,美国的沃蓝达用的是韩国电池锰酸锂加三元作为正极材料,日本一些电池企业也走此技术路线,其能量密度会高些,但寿命会大打折扣。近期,日本汽车生产商日产汽车公司将为美国大批辆聆风电动汽车更换问题电池,并且承诺将改善电池系统的保修服务。日产聆风电池的召回,主要是电池在高温下寿命存在问题。”
  黄学杰认为,纯三元锂作为正极材料,可以做到更高能量比,但寿命和安全存在较大问题。未来一段时间内,磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元材料锂电池会长期共存。另外,在动力电池领域,尽管锂电池被众多企业和专家看好,称其为未来的主流方向,但现阶段铅酸电池、镍氢电池及锂电池会长期共存。
  未来很长一段时间内,我国新能源汽车将与传统汽车共同发展。在新能源汽车发展中,经济型电动车辆和中高档电动汽车将呈现两头发展,或许经济型电动车辆很快能推广。
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