電池技術(shù)專家黃學(xué)杰——十年后固態(tài)電池將促進(jìn)電動(dòng)汽車普及
時(shí)間:2019-06-19 09:21來源:廣州日?qǐng)?bào) 作者:阮元元、王納
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今年以來，國(guó)內(nèi)蔚來、特斯拉等知名品牌電動(dòng)汽車安全事故頻發(fā)。6月17日，工信部發(fā)布《關(guān)于開展新能源汽車安全隱患排查工作的通知》（以下簡(jiǎn)稱《通知》），《通知》表示，對(duì)發(fā)生起火燃燒事故的車輛，企業(yè)應(yīng)及時(shí)開展事故調(diào)查；對(duì)隱瞞不報(bào)或不配合開展事故調(diào)查的行為將予以處罰；確實(shí)存在產(chǎn)品缺陷的，生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)當(dāng)主動(dòng)向主管部門備案召回。
中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員、博士生導(dǎo)師黃學(xué)杰詳細(xì)解釋了關(guān)于電動(dòng)汽車電池的安全與未來。
6月17日，廣東省重點(diǎn)布局的首批4家省實(shí)驗(yàn)室之一松山湖材料實(shí)驗(yàn)室在東莞動(dòng)工，目前該實(shí)驗(yàn)室正重點(diǎn)推進(jìn)鋰離子電池新材料研究和中試，這一項(xiàng)目未來將使汽車動(dòng)力電池的續(xù)航能力提升40%、成本下降30%。松山湖材料實(shí)驗(yàn)室副主任、實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)業(yè)化委員會(huì)主任黃學(xué)杰也擔(dān)任該鋰離子電池新材料研究和中試線建設(shè)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。
哪些情況會(huì)引發(fā)電動(dòng)汽車自燃？
記者：請(qǐng)問有哪些原因會(huì)引發(fā)新能源電動(dòng)車突發(fā)自燃？
黃學(xué)杰：雖然線路老化、破損和車內(nèi)放置易燃物品會(huì)容易引起短路和觸發(fā)自燃，但電動(dòng)汽車自燃的主要原因是因?yàn)殡姵責(zé)崾Э剞D(zhuǎn)為熱蔓延造成。
電池里有正負(fù)極、電解液和隔膜，可燃材料很多。觸發(fā)電池自燃的原因包括外部短路或內(nèi)部短路。有了外傷，比如碰撞導(dǎo)致電池包損壞或者電池包之外的線路短路等；電池制造缺陷引起的內(nèi)部短路，車子充電時(shí)暫時(shí)好像沒有問題，但內(nèi)部已經(jīng)出現(xiàn)了微短路，一段時(shí)間之后可能就會(huì)燒起來；電池過充電時(shí)，導(dǎo)致溫度加速上升引發(fā)熱失控自燃。
還有一種情況是電池管理系統(tǒng)出現(xiàn)問題導(dǎo)致電池過熱，隔膜融化導(dǎo)致電池內(nèi)部短路，進(jìn)而引發(fā)電芯熱失控。
國(guó)家是按照電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和電池包比能量來劃分補(bǔ)貼，也會(huì)導(dǎo)致一些廠商基于補(bǔ)貼利益考慮以及提升自身品牌的宣傳力度而忽視了電池包的安全因素，為了提高電池的能量密度安全設(shè)計(jì)冗余不足，安全隱患也在增加。
電池是否使用時(shí)間越長(zhǎng)越危險(xiǎn)？
記者：我發(fā)現(xiàn)近期自燃事件有一些共同點(diǎn)，首先都不是新車，都屬于舊款且經(jīng)過了一定里程的使用。能否理解為動(dòng)力電池使用時(shí)間越長(zhǎng)越危險(xiǎn)？
黃學(xué)杰：電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)還需要更好的電池，大家還在努力中；但在這之前，只能選擇一種至少可以讓汽車運(yùn)行的電池，這是個(gè)妥協(xié)之舉。有時(shí)電池隨著使用時(shí)間安全性會(huì)降低，是使用過程中出現(xiàn)了低烈度過熱、過充電問題或者出現(xiàn)機(jī)械損傷和電路故障的情況。
哪一種充電模式比較安全？
記者：目前電動(dòng)車充電，普遍存在快充、慢充和換電池等三種模式，目前比較主流和安全的充電模式是哪種？
黃學(xué)杰：電動(dòng)車快充、慢充接口對(duì)應(yīng)直流、交流接口。一般情況下，應(yīng)盡量使用慢充，只有在緊急需要時(shí)，才使用快充方式。因?yàn)榭斐鋵?duì)于電池的要求非常高，大電流充電會(huì)導(dǎo)致電池組溫度升高，電池衰減也會(huì)快一些。
電動(dòng)汽車換電模式是指通過集中型充電站對(duì)大量電池集中存儲(chǔ)、集中充電、統(tǒng)一配送，對(duì)電動(dòng)汽車提供電池更換服務(wù)，此模式可以解決充電時(shí)間過長(zhǎng)的問題。
但現(xiàn)階段尚處于發(fā)展初期，投資大，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高，與換電模式相配套的標(biāo)準(zhǔn)體系尚未建立，就目前的技術(shù)水平和相關(guān)法律、商業(yè)模式配套而言，還不足以支撐該模式的大規(guī)模應(yīng)用。
電動(dòng)車電池廣泛使用會(huì)加劇環(huán)境污染嗎？
記者：國(guó)內(nèi)外電動(dòng)車目前使用的主要是哪幾種不同技術(shù)類別的鋰電池？回收環(huán)節(jié)存在哪些問題？
黃學(xué)杰：電池制造過程中不可避免產(chǎn)生了碳排放，而且能源供應(yīng)不完善，但電動(dòng)車目前的污染水平低于內(nèi)燃機(jī)。在電池生產(chǎn)方面，人們已經(jīng)有了一些經(jīng)驗(yàn)，從源頭到生產(chǎn)都能控制污染，提高環(huán)保水平。
但電池有使用壽命，到了報(bào)廢的時(shí)候，電池中很多化學(xué)物質(zhì)需要處理,對(duì)于廢棄電池的處理才剛剛起步。這個(gè)問題肯定需要解決，這是生產(chǎn)者的責(zé)任之一。需要提升電池的循環(huán)壽命實(shí)現(xiàn)梯級(jí)利用，發(fā)展更高效的拆解回收技術(shù)，通過循環(huán)利用減少對(duì)新材料的開采需求，提升環(huán)境效益。
我國(guó)的電動(dòng)車電池制造技術(shù)如何？
記者：我國(guó)的電動(dòng)車電池制造技術(shù)如何？
黃學(xué)杰：國(guó)外主流動(dòng)力電池企業(yè)和國(guó)內(nèi)部分技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)得益于自動(dòng)化生產(chǎn)技術(shù)、工藝裝備和質(zhì)量控制水平，特別是自動(dòng)化控制技術(shù)、智能化無人制造工廠等能夠保證制造出高品質(zhì)高水平的動(dòng)力電池產(chǎn)品。
但是我國(guó)還有不少鋰離子電池企業(yè)的生產(chǎn)過程還處于單機(jī)自動(dòng)化和局部信息共享的階段，制約了產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升。
近年來，我國(guó)在動(dòng)力電池生產(chǎn)制造技術(shù)及裝備方面有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，基本掌握了動(dòng)力電池裝備的核心技術(shù)，單機(jī)自動(dòng)化方面取得了較好的進(jìn)展，極片生產(chǎn)和化成設(shè)備方面縮小了與國(guó)際先進(jìn)水平的差距，在卷繞變形控制、無偏差組裝、激光切割及焊接等某些單項(xiàng)技術(shù)方面具備了國(guó)際領(lǐng)先的水平，少數(shù)企業(yè)開始自動(dòng)化生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)。
電池有輻射嗎？
記者：動(dòng)力電池是否存在輻射等安全隱患？
黃學(xué)杰：不會(huì)，電池不存在輻射問題。
記者：石墨烯、黑磷這些新材料用來制作電極，會(huì)對(duì)電池技術(shù)產(chǎn)生重大的變革嗎？
黃學(xué)杰：新型的電極材料有很多人在研究，石墨烯有用在正極里作為導(dǎo)電添加劑材料，一般添加量低于百分之一，黑磷等也作為負(fù)極材料有人研究，但未見到應(yīng)用的可能性。
而氫燃料電池直接將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽蓾M足特定車型和特定場(chǎng)景的應(yīng)用要求，將對(duì)電動(dòng)車動(dòng)力形成有效的補(bǔ)充。
電池是電動(dòng)汽車的動(dòng)力源泉，也是一直制約電動(dòng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵因素。如今電動(dòng)汽車的續(xù)航，不管是動(dòng)力電池的能量密度還是充電技術(shù)，在這幾年都得到了很大的發(fā)展。相信，隨著規(guī)模化效應(yīng)之后，三電技術(shù)和成本都會(huì)有一個(gè)質(zhì)的飛躍。至2030年，比能量倍增的固態(tài)電池將會(huì)商業(yè)化，電動(dòng)汽車的普及將會(huì)更加順暢。
自燃事故給電動(dòng)車行業(yè)帶來哪些警示？
記者：自燃事故給電動(dòng)車行業(yè)帶來哪些警示？
黃學(xué)杰：與傳統(tǒng)燃油車相比，電動(dòng)汽車的成熟程度還不夠，市場(chǎng)化過程目前還面臨一些瓶頸，動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車關(guān)鍵核心部件之一，我們應(yīng)緊緊依靠先進(jìn)技術(shù)來破解電池成本高、安全可靠性不足和使用不便捷的問題。
安全性不僅僅是業(yè)內(nèi)來努力開發(fā)安全性高的電池與系統(tǒng)產(chǎn)品，還要通過遠(yuǎn)程運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控、充電監(jiān)控及保養(yǎng)服務(wù)等提升電動(dòng)汽車使用的可靠性與安全性，避免由于維護(hù)、改進(jìn)不及時(shí)或?yàn)E用情況而出現(xiàn)安全性與可靠性事故。
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