1月20-21日,以“把握全球變革趨勢 實現高質量發展”為主題的中國電動汽車百人會論壇(2018)在北京舉行。中國電動汽車百人會執行副理事長、中國科學院院士歐陽明高表示,從新能源汽車增長的態勢來看,目前市場55%都是純電動的乘用車,他重點針對純電動乘用車進行分析并提出相關建議。匯報分為三個部分,一是高比能量鋰離子電池技術,二是電動汽車能耗與節能技術,三是快充與充電網智能化技術。

中國電動汽車百人會執行副理事長、中國科學院院士歐陽明高
第一部分,高比能量鋰離子電池技術。
十二五以來,我國電動汽車動力電池已經取得重大進展,從十五到十三五,逐步走向快速發展的道路。動力電池系統比能量在逐年提升,成本在不斷下降。
基于國產高鎳正極材料,尤其NCM622材料,2017年底方殼電池單體能量密度超過200瓦時/公斤,全部電池單體能量密度在230±20瓦時/公斤。
基于新一代動力電池熱失控防控技術,2017年底電池系統能量密度接近160瓦時/公斤,比方單體能量密度為195瓦時/公斤的三元方殼電池系統能量密度達到158瓦時/公斤,單體能量密度200瓦時/公斤電池能做到160瓦時/公斤,質量成組效率可以達到77%,循環壽命超過3000次,其中很重要的就是熱失控防范技術,如果沒有該技術,這么高的比能量是很難做到的,因為單體電池要完全杜絕熱失控,目前還是非常困難的,所以必須要從系統角度來防范熱失控的蔓延。
下面進一步對專項里面研發進展做一個簡單介紹。
寧德時代新能源、力神、國軒承擔新型鋰離子動力電池項目,采用高鎳三元正極和硅碳負極,軟包電池能量密度都達到了300瓦時/公斤,其中部分樣品的性能指標已經接近應用要求,這里(圖)我展示的是寧德時代新能源B樣的一些指標,基本上接近使用要求。有些單位動力電池的安全性還不能完全滿足國標,寧德時代已經都通過,這是安全性檢測(圖)。
從國際來看,2020年前全球的目標基本上都是300瓦時/公斤,國內外的技術研發基本處于同一水平,但是安全性的研究尚待加強。可以看出(圖),日韓目標與我國還是不太一樣,他們更多的是追求體積比能量,因為對轎車來講體積比能量可能會更加重要,他們一般都是叫體積比能量,質量比能量他們反而沒概念,松下280瓦時/公斤電池體積比能量要做到720瓦時/升。日韓質量比能量目標在270瓦時/公斤、280瓦時/公斤的比較多,這個目標在2020年前可以實現并產業化。
另外一方面,2017年是固態電池最火熱的一年,我們對這方面也要做一些點評。這(圖)是國內各個單位所開發的固態電池的指標,我在這里不詳細介紹,值得一提的是,中科院寧波材料所與贛鋒鋰業在攜手計劃2020年產品進入市場,其他的應該說科研單位較多。
全球固態電池2017年全面升溫,日本在無機硫化物固態電解質方面取得重要突破,豐田公司出臺固態電池量產計劃,在2022年實現商品化。當然,我們還要等幾年看看是不是能夠如期的產業化,目前的重量比能量是200瓦時/公斤,體積比能量是400瓦時/升。固態電池除非能夠在內部進行串聯連接,才有可能提高系統的比能量,也就是電池變成雙極性的,目前由于要加入部分液態電解質,所以串聯多了之后會導致內部的電解液流出而引起短路,所以現在內部串聯不是很多。
一年來,以無機硫化物固體電解質為核心的固態鋰離子電池取得重要進展,但受到固固界面穩定性和金屬鋰負極可充性問題的制約,真正的全固態鋰金屬電池技術還遠未成熟。我們認為固態電池的發展技術路線,從電解質的角度會從液態、半固態、固液混合,到固態,最后到全固態。負極會從石墨負極、硅碳負極,最后有可能到達金屬鋰負極,但目前無法確認。
鈷和鎳都是戰略物資,下一步目標——高比能量電池正極主要是無鈷無鎳材料。在400瓦時/公斤高比能量動力電池方面,國家電池創新中心開展了富鋰錳基固溶體的工程技術研究。這是他們做的350瓦時/公斤的電池樣品,但衰減非常嚴重。這方面中科院物理所團隊在承擔國家專項方面,對富鋰錳基固溶體材料的衰減做了一些工作。另外,值得關注的新結構的富鋰正極材料,主要是北京大學項目團隊承擔,首次研究出比容量400毫安時/克正極材料,這個是對傳統鋰離子正極材料的一大突破。大家知道三元811正極比容量只有210毫安時/克,現在新結構富鋰正極材料已經做到400毫安時/克,這為實現鋰離子電池500瓦時/公斤的目標提供了可能性,當然,目前這還是基礎研究。
由于富鋰正極電勢高,氧參與反應必須到4.4伏以上,而傳統的液態電解質無法匹配,所以可能的途徑是要富鋰正極材料結合固態電解質,因此基于高容量富鋰正極、高容量硅碳負極的革新型固態電池將成為動力電池遠期發展的重要目標體系之一。以前我們一直認為是鋰硫和鋰空氣電池是未來發展方向,現在多了一種選擇。鋰硫電池重量比能量可以提高,然而鋰硫電池體積比能量跟重量比能量的比值基本上是1:1,對轎車來講體積比能量更加重要,因此鋰硫電池對轎車而言是有挑戰的,它在儲能方面可能更有前景。
最后我要強調的是,電動汽車高比能量動力電池的發展安全永遠是第一位的。今天上午有很多專家和企業家都提到了安全,我在這里再次強調,安全是第一位,比能量等性能指標其次。我現在主要研究動力電池安全,這是我在清華大學的電池安全實驗室。
第二部分,電動汽車能耗與節能技術。
大家知道,現在電動汽車總體能耗偏高,節能潛力很大,節能的意義比燃油車更大。為什么?因為電動車沒有能源就走不遠,燃油車多點油至少可以走遠。我自己是純電動汽車用戶,已經開了幾年純電動轎車,我深深的體會就是電耗偏高。在這方面,全球都在增加續駛里程,續駛里程增加需要依托電池的比能量上升,但是整車廠不能把電動汽車的技術提升全扔給電池廠,整車集成的核心技術就是降低電耗,電耗是純電動汽車整車集成水平最重要的體現。大家知道日產聆風第一代車能耗為百公里13.7度電,到第二代、第三代基本上都在百公里11度電。理論上計算, A級車做到百公里10度電是可能的,所以新能源汽車重點專項有一個研發計劃,這個項目是長安承擔的,到2020年純電動轎車(車長4.5米)整車電耗百公里10度(工況法),只有降低電耗才有可能在降低成本的前提下提高續駛里程,這是最佳的途徑。
如何降低電耗?我們有各種各樣的關鍵技術,我在這里簡單介紹一下。
首先,我們要學習寶馬i3,降重量,我們現在的整車重量都偏大,這里不詳細介紹。
第二,低阻化,我們要向特斯拉學習,特斯拉電動SUV的風阻系數0.24,我們傳統燃油SUV風阻系數高的可以到0.4,這個是相差很大的,直接從傳統SUV改電動SUV其實在能耗方面是不合適的。國產純電動乘用車節能重點之一就是降低電動SUV風阻系數,這個可以采用全新的平臺,不能完全直接從傳統車改。
第三,電驅動高效化。我們要看到,國外跨國汽車零部件集團現在都在競相開發一體化電驅動橋,并進入中國市場,跟我國電驅動企業短兵相接,我國有些企業已經開始跟他們合資。當然這都是企業行為,是可以理解的,但是我們還得要在這方面給予足夠的重視。比如說電機控制器輸入端到半軸的效率,他們可以到92%,但總體看我們國內目前水平普遍在82%-85%。最近國內領軍企業精進電動也做過這方面的研究,在NEDC工況下平均效率可以接近90%,我們要向這個目標邁進。


