“車輛電動(dòng)化是國(guó)際公認(rèn)的發(fā)展趨勢(shì)，電池的技術(shù)革命一直在路上，汽車性能提升導(dǎo)向?qū)π滦碗姵氐男枨笠苍诓粩嗟靥岣撸瑢⑼苿?dòng)電池技術(shù)及其系統(tǒng)集成、管理控制發(fā)生新的變化。”北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院教授何洪文在12月3日舉辦的“科學(xué)麻辣燙”第四期活動(dòng)上指出。

問鼎2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的鋰電技術(shù)已在電動(dòng)汽車、手機(jī)、筆記本電腦等領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭，本次活動(dòng)以“電池革命如何重新‘定義’汽車”為主題，北京理工大學(xué)材料學(xué)院教授陳人杰、何洪文、全國(guó)廢棄化學(xué)品處置標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)委員林曉三位專家與媒體一起探討電池革命對(duì)汽車領(lǐng)域發(fā)展的影響，聚焦電池技術(shù)將如何推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。

電池安全與效率如何“兩全”

我國(guó)的新能源汽車市場(chǎng)保有量和增量已居世界第一。日前，工信部就《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡(jiǎn)稱《2021-2035年規(guī)劃》）公開征求意見，新能源市場(chǎng)又將迎來新的15年發(fā)展機(jī)遇期。

該規(guī)劃提出，力爭(zhēng)經(jīng)過持續(xù)努力，我國(guó)新能源汽車核心技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平，純電動(dòng)汽車成為主流，燃料電池汽車實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，公共領(lǐng)域用車全面電動(dòng)化，到2025年，新能源汽車新車銷量占比達(dá)到25%左右。

但多年來，動(dòng)力電池著火事故頻發(fā)、續(xù)航虛高等問題，也嚴(yán)重影響著消費(fèi)者對(duì)新能源汽車市場(chǎng)的信心。

“雖然電動(dòng)汽車暴露出一些安全隱患，但可以從安全的動(dòng)力電池材料體系、動(dòng)力電池的安全管理方面解決問題。” 何洪文表示。他指出，我國(guó)已率先建立了新能源汽車的三級(jí)監(jiān)管平臺(tái)，有了很好的一手?jǐn)?shù)據(jù)積累。目前行業(yè)內(nèi)也正在從動(dòng)力電池安全風(fēng)險(xiǎn)在線評(píng)估、異常性能單體的預(yù)警管控以及整車的安全防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多方面構(gòu)建安全保障體系，完善電動(dòng)汽車的安全性能。

“鋰離子電池易燃主要和電解液有關(guān)。”陳人杰表示，現(xiàn)在電池的制造工藝、生產(chǎn)過程的安全管理等方面已經(jīng)有了很大提升，但是依然使用液態(tài)電解質(zhì)，未來可以研發(fā)固態(tài)的電解質(zhì)體系，提升電池的安全性。

陳人杰認(rèn)為，改進(jìn)電池的安全性可以從兩方面入手，一方面是電池材料的優(yōu)化和改良入手，另一方面是對(duì)電池的結(jié)構(gòu)和制備工藝進(jìn)行改進(jìn)。

“大數(shù)據(jù)、云管控、智能化為完善動(dòng)力電池的安全管理提供了新抓手。”何洪文表示，通過安全的電池材料體系升級(jí)再輔以智能化的動(dòng)力電池管理可以進(jìn)一步完善動(dòng)力電池系統(tǒng)的安全性能。

電池能量密度提升路在何方

“出不了遠(yuǎn)門”一直是新能源汽車用戶心中的“痛”。為了解決里程焦慮問題以及滿足補(bǔ)貼政策要求，當(dāng)前行業(yè)涌現(xiàn)出諸多高能量密度的動(dòng)力電池。

陳人杰表示，科學(xué)家一直在致力于提升電池“電力”，開發(fā)具有更高能量密度的電池體系。從鉛酸電池、鎳鎘電池再到現(xiàn)在的鋰離子電池，電池材料不斷變化，電池的能量密度不斷提高。

“和現(xiàn)有的鋰離子電池相比，鋰硫電池的能量密度可以做的更高。”陳人杰稱，目前其研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)高性能電池體系，利用新的材料，提升電池的能量密度、循環(huán)性能、功率特性和安全性等。

除了利用新材料，還可以通過電池的充放電管理讓電池更持久。何洪文表示，動(dòng)力電池系統(tǒng)的性能不僅取決于單個(gè)電池的性能，鑒于動(dòng)力電池組具有的“木桶效應(yīng)”和充放電末期具有的“掃帚效應(yīng)”，加強(qiáng)對(duì)動(dòng)力電池組的能量、安全、耐久性管理也很重要。

何洪文提出，基于模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)是對(duì)動(dòng)力電池系統(tǒng)管理狀態(tài)量進(jìn)行估計(jì)的常用方法，通過建立電池的高精度模型，采用先進(jìn)的估計(jì)算法并引入狀態(tài)反饋修正，可以有效保證電池狀態(tài)量的估計(jì)精度。

如何應(yīng)對(duì)電池“報(bào)廢潮”

隨著越來越多的電動(dòng)汽車投入市場(chǎng)，廢舊電池的處理成為難題，快速發(fā)展的新能源行業(yè)也迎來電池的報(bào)廢潮。據(jù)新能源汽車國(guó)家大數(shù)據(jù)聯(lián)盟的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)退役電池累計(jì)約為20萬噸。

“2018年我國(guó)報(bào)廢電池達(dá)6000噸左右，三年后的數(shù)據(jù)會(huì)達(dá)到20-30萬噸，這對(duì)工業(yè)解決方案的要求特別迫切。”林曉表示，報(bào)廢電池留在城市中會(huì)有污染和安全風(fēng)險(xiǎn)，必須把報(bào)廢電池資源回收回來，解決掉風(fēng)險(xiǎn)。

過去的十年中，電池的價(jià)格已經(jīng)降了至原來的十分之一，這意味著電池材料中的金屬價(jià)格已經(jīng)很接近電池成本價(jià)格。林曉表示，通過電池的回收，可以基本實(shí)現(xiàn)盈利，但目前還需要探索更加成熟的工業(yè)解決方案。鋰離子電池的回收技術(shù)，在常規(guī)的消費(fèi)領(lǐng)域已經(jīng)有了，但動(dòng)力類電池的材料和系統(tǒng)不一樣，需要更多的研發(fā)來解決問題。

“廢舊電池的處理不應(yīng)再走先污染后治理的老路。”陳人杰說。電池在設(shè)計(jì)制造源頭要選擇一些對(duì)環(huán)境非常友好的綠色電池材料，同時(shí)要兼顧電化學(xué)性能，構(gòu)筑綠色電池體系，通過再設(shè)計(jì)、再利用、再回收，真正達(dá)到電池的綠色指標(biāo)。

來源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 作者：高雅麗