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肖成偉博士：車用動(dòng)力電池發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

2019-10-09 23:36:48·  來源：鋰電安全聯(lián)盟  
　
2019年9月25日，以科技長(zhǎng)三角 共享新未來為主題的第二屆長(zhǎng)三角科技成果交易博覽會(huì)在上海汽車會(huì)展中心開幕。活動(dòng)旨在打造長(zhǎng)三角成為創(chuàng)新技術(shù)策源地、創(chuàng)新要素集散
2019年9月25日，以“科技長(zhǎng)三角 共享新未來”為主題的第二屆長(zhǎng)三角科技成果交易博覽會(huì)在上海汽車會(huì)展中心開幕?；顒?dòng)旨在打造長(zhǎng)三角成為創(chuàng)新技術(shù)策源地、創(chuàng)新要素集散地、創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化地，擴(kuò)大科技“朋友圈”，演繹創(chuàng)新“實(shí)力秀”。會(huì)上舉辦了2019電動(dòng)汽車安全管理技術(shù)論壇。論壇上，國(guó)家863計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車重大專項(xiàng)總體專家組電池責(zé)任專家，博士、研究員肖成偉發(fā)表了主題演講，以下為演講實(shí)錄：
 

 
前面各位專家介紹了很多電池安全、整車安全，包括整車起火事故的介紹。其實(shí)，作為政府主管部門，無論是市場(chǎng)總局還是工信部，現(xiàn)在都制定了很多規(guī)章制度、措施，包括一些事故上報(bào)的制度來規(guī)范新能源汽車安全事故出現(xiàn)之后的處理流程。
 
我的感覺是，雖然大家現(xiàn)在看新能源汽車很火，出現(xiàn)一些安全問題，但是從發(fā)展的角度來看，這是必然會(huì)出現(xiàn)的一個(gè)情況，就是發(fā)展過程當(dāng)中出現(xiàn)的一些問題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，或者說從國(guó)家支持趨勢(shì)來看，新能源汽車還是沒有問題的，國(guó)家還會(huì)給予大力支持，現(xiàn)在出現(xiàn)的事故都是發(fā)展過程當(dāng)中的一些問題，我個(gè)人還是持比較樂觀的態(tài)度，這些問題通過在座的電池企業(yè)、整車企業(yè)，包括高校院所和這些測(cè)試機(jī)構(gòu)的共同能力，我想安全問題會(huì)有很大的提升?？梢员ＷC今后電動(dòng)汽車在應(yīng)用過程當(dāng)中的安全使用。
 

 
我的報(bào)告還是比較泛的，比較宏觀的內(nèi)容比較多一些。原來講過很多次，增加了一些內(nèi)容，做了一些調(diào)整，把自己參與的情況和在座各位做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。
首先是國(guó)內(nèi)外層面的規(guī)劃和發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，以及電池標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化情況，大家可能會(huì)關(guān)心電池強(qiáng)標(biāo)的問題，以及大家關(guān)注比較多的熱失控和熱擴(kuò)散的問題，整車出現(xiàn)安全問題最終結(jié)果還是電池包出現(xiàn)了熱失控和熱擴(kuò)散現(xiàn)象，電池包在整車使用過程當(dāng)中問題沒有解決好的情況下，有可能對(duì)整車安全性會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。主要是歸結(jié)到電池包熱失控和熱安全角度，但是原因很多，有可能是電池制造或者當(dāng)中出現(xiàn)的問題，電池應(yīng)用剛才當(dāng)中出現(xiàn)的問題，我們的考核驗(yàn)證不充分等等這些原因造成的。
前面不管怎么樣，電動(dòng)汽車還是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)，這是國(guó)際能源署的預(yù)測(cè)，有兩個(gè)情景，一個(gè)是激勵(lì)政策情況下的新能源汽車的應(yīng)用數(shù)量，以及到2030年的時(shí)候，電動(dòng)汽車在里面占的市場(chǎng)比例達(dá)到了30%，都應(yīng)該在1.2億輛到2.2億輛的范圍。而中國(guó)的保有量已經(jīng)超過三百萬輛，今年大家預(yù)測(cè)會(huì)增加150萬輛，我個(gè)人感覺有可能會(huì)實(shí)現(xiàn)，還是需要在座的整車企業(yè)和電池企業(yè)做比較大的努力。不管怎么說，電池還是大家關(guān)注的焦點(diǎn)，也是大家研究和產(chǎn)業(yè)化的焦點(diǎn)，電池這個(gè)方面也有比較大的要求，大家關(guān)注度比較高的是電池能量密度，再就是電池安全性，希望在使用過程當(dāng)中有一個(gè)比較好的表現(xiàn)。以及循環(huán)壽命希望我們做到十年八年。當(dāng)然我們也希望有比較好的充電倍率，做到3C甚至5C的充電倍率，在一個(gè)比較好的溫度范圍內(nèi)使用，零下三十度到零上五十度，經(jīng)濟(jì)性的角度，希望成本做的和常規(guī)燃油車競(jìng)爭(zhēng)。
 
前面提到了電池，在各類電動(dòng)汽車?yán)锩娑加幸恍?yīng)用，包括混合動(dòng)力，插電式混合動(dòng)力，純電動(dòng)。包括鉛酸電池、鋰離子電池等等都會(huì)有一些相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域。這里面大家關(guān)注的焦點(diǎn)和大家現(xiàn)在做產(chǎn)業(yè)化的焦點(diǎn)還是鋰離子這樣的技術(shù)方向。

在這個(gè)基礎(chǔ)上，日、美、德等等這些發(fā)達(dá)國(guó)家，對(duì)于動(dòng)力電池都做了比較好的國(guó)家層面的規(guī)劃，涵蓋新材料到電池系統(tǒng)集成，以及利用和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)等等。這些都會(huì)以項(xiàng)目的形式進(jìn)行支持，里面也包括新體系支持，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度也會(huì)給予國(guó)家層面的支持。

中國(guó)從四個(gè)國(guó)家層面的規(guī)劃，對(duì)動(dòng)力電池的研究和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)行了一些設(shè)置，最主要是三個(gè)層面，2030年實(shí)現(xiàn)300W每公斤電池的產(chǎn)業(yè)和工作，并且在車上有比較大的應(yīng)用。以及我們做新型的鋰離子電池要做到400W每公斤，著眼于下一階段的應(yīng)用。到2035年我們做一些基礎(chǔ)研究?jī)?chǔ)備，做一些鋰硫等新體系電池研究，我們?cè)O(shè)定的目標(biāo)是在500或者700WH/KG的水平。同時(shí)在新能源汽車重點(diǎn)研發(fā)方向里面設(shè)置了六個(gè)方面的課題，從300WH/KG鋰電池產(chǎn)業(yè)化做一些研究工作。同時(shí)在節(jié)能與新能源汽車技術(shù)發(fā)展路線圖里面，我們專門有一塊內(nèi)容是車用動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展路線圖。


這里面有兩類電池，一類是純電動(dòng)車用的能源型電池，還有一類是插電式混合動(dòng)力用的能量動(dòng)力兼顧型電池，這兩類電池設(shè)置指標(biāo)改變針對(duì)乘用車領(lǐng)域，目前來看插電式混合動(dòng)力用的能量動(dòng)力兼顧型電池，基本上可以達(dá)到要求，能量電池目前還有相當(dāng)大的技術(shù)挑戰(zhàn)，設(shè)置的350WH/KG水平。


同時(shí)正在修訂技術(shù)發(fā)展路線圖，我和中科院物理所來牽頭做這個(gè)工作，這里面動(dòng)力電池作為最為關(guān)鍵的內(nèi)容之一，來進(jìn)行修訂，應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)在進(jìn)行了拓展，原來是針對(duì)乘用車領(lǐng)域，現(xiàn)在是針對(duì)乘用車和商用車兩個(gè)領(lǐng)域。
這是電池路線圖的提綱，現(xiàn)在我們正在做相關(guān)的修訂工作。

里面設(shè)置了裝機(jī)小組，從電池全產(chǎn)業(yè)鏈來設(shè)計(jì)的，包括材料、電池、系統(tǒng)集成、測(cè)試評(píng)價(jià)、生產(chǎn)裝備、資源回收、梯級(jí)利用，把整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的內(nèi)容都涵蓋到里面，包括剛才大家提到的相應(yīng)的安全事故發(fā)生之后大家進(jìn)行調(diào)研的一些各個(gè)企業(yè)的研究工作相應(yīng)內(nèi)容都可以在這里面做比較充分的體現(xiàn)。

我們也把海外的一些電池企業(yè)希望他們能夠?qū)χ袊?guó)動(dòng)力電池路線圖的修訂提供一些支持，涵蓋了乘用車和商用車兩大領(lǐng)域，插電式、混合動(dòng)力、純電動(dòng)都包括在內(nèi)。

第二方面講講發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，從發(fā)展趨勢(shì)來說，高比能電池是永恒的追求，目前來說，鋰硫、鋰空氣從基礎(chǔ)研究角度做了比較大的支持，從產(chǎn)業(yè)化角度目前來說現(xiàn)在以300WH/KG作為重點(diǎn)，采用的材料體系就是高鎳的正極材料，622、811、NC、硅碳、單質(zhì)硅或者氧化亞硅做匹配，我們做300WH/公斤的電池產(chǎn)業(yè)化工作。

對(duì)于現(xiàn)在已經(jīng)在市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用的，其實(shí)現(xiàn)在也是從市場(chǎng)上反饋出現(xiàn)問題，出現(xiàn)安全問題的基本上都涵蓋了，第一類是磷酸鐵鋰，對(duì)于三元電池來說，現(xiàn)在市場(chǎng)上應(yīng)用最多的是523正極材料和石墨匹配，能量密度大概230到240WH/KG。高鎳主要是用于圓柱形電池里面，比如說NCA和硅碳的用在21700里面可以做到270—280WH/KG，也在純電動(dòng)乘用車領(lǐng)域有比較大的應(yīng)用，里面有快充的，有三元材料的正極和石墨匹配，大概做到5C充電。這是電池在乘用車領(lǐng)域的應(yīng)用情況，這是對(duì)插電式和混合動(dòng)力的電池種類比例，比如說在插電式混合動(dòng)力乘用車，就是插電混動(dòng)乘用車領(lǐng)域，在這里面三元材料是百分之百，基本上都是以三元材料為主。純電動(dòng)乘用車?yán)锩妫牧洗蟾耪剂?0%的市場(chǎng)份額。這其實(shí)和國(guó)家補(bǔ)貼政策密切相關(guān)。從能量密度角度來說基本上做到120WH/KG，現(xiàn)在很多企業(yè)都以140或者160WH/KG作為電池系統(tǒng)配置的要求。


對(duì)于專用車領(lǐng)域，基本上是三元和磷酸鐵鋰兩分天下，能量密度基本上還是以補(bǔ)貼作為主要驅(qū)動(dòng)力，大概115WH/KG。

對(duì)于商用車領(lǐng)域插電式的，在這里面應(yīng)該是以三元材料的為主，但是在這里面其實(shí)大家看還是錳酸鋰比較多，但是實(shí)際上還是以三元材料為主，有可能和錳酸鋰做混合，和石墨做這樣一個(gè)匹配，用在插電式混合動(dòng)力里面。

對(duì)于純電動(dòng)客車基本上還是以磷酸鐵鋰為主，能量密度135WH/KG以上，和補(bǔ)貼政策密切相關(guān)。

高比能三元材料，通過國(guó)家政策的支持，通過電池企業(yè)的努力，發(fā)展的是非常快的。最主要是應(yīng)用在乘用車領(lǐng)域，能量密度大概在210到250WH/KG的水平，這已經(jīng)是規(guī)模化應(yīng)用的，無論是圓柱、方型、軟包，在乘用車領(lǐng)域都有比較大規(guī)模的應(yīng)用，這是剛才提到的快充鋰離子電池，做到120WH/KG，能夠做到5C充電，會(huì)在張家口冬奧會(huì)做比較好的展示。會(huì)和快速加熱的技術(shù)，大概兩三分鐘之內(nèi)大概可以把電池加到0度的水平。

磷酸鐵鋰現(xiàn)在做到170-180WH/KG，主要用于大巴車領(lǐng)域。

到2020年的時(shí)候我們會(huì)在磷酸鐵鋰方面再做一些技術(shù)提升，大概做到200WH/KG的水平。主要還是應(yīng)用在大巴車領(lǐng)域。前面提到了我們做300WH/KG用高鎳材料和硅碳做匹配，現(xiàn)在進(jìn)展也會(huì)比較大，后面會(huì)做展示。

再就是負(fù)極錳基和硅碳，用新興鋰離子，做到400WH/KG。還有一個(gè)大家關(guān)注的固態(tài)電池比較多，鋰離子電池的固態(tài)化到2020年會(huì)有產(chǎn)品在市場(chǎng)上應(yīng)用。這是重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)里面，支持的電池項(xiàng)目的一些大致進(jìn)展情況。

第一個(gè)就是300WH/KG的軟包電池，進(jìn)展比較快，正在做集中測(cè)試評(píng)價(jià)，有的電池企業(yè)的產(chǎn)品，研發(fā)產(chǎn)品還是體現(xiàn)出比較好的技術(shù)水準(zhǔn)。

再就是快充的電池，我們做到200WH/KG，大概也會(huì)做到五倍率的充電倍率。

還有一個(gè)就是400WH/KG，富鋰和硅碳。

這個(gè)就是300WH/KG的電池進(jìn)展，寧德時(shí)代、力神，從測(cè)試結(jié)果來看還是體現(xiàn)出非常好的水平，同時(shí)項(xiàng)目之外，很多企業(yè)也在看到300WH/KG高比能電池的研究工作。我們把300WH/KG的技術(shù)推演一下，用高鎳的正極和石墨做匹配，我們做方型電池，像比亞迪這樣的產(chǎn)品可以做到270WH/KG，這樣的產(chǎn)品明年可能會(huì)在一些車型上做推廣和應(yīng)用。

還有一個(gè)我們做軟包的，利用高鎳和石墨做匹配，會(huì)做到290WH/KG的水平。像孚能、力神這樣一些企業(yè)都會(huì)有產(chǎn)品，明年可能會(huì)在一些車型上應(yīng)用。

還有一個(gè)快充類的電池，做到200WH/KG的水平，大概可以做到4C充電，前期我們已經(jīng)做到了144WH，可以做到6C的產(chǎn)生已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。還有一個(gè)做超級(jí)電容器，現(xiàn)在大概在60WH/KG的水平。也體現(xiàn)出比較好的技術(shù)進(jìn)展。

400WH/KG就是富鋰錳基和硅碳領(lǐng)域。

固態(tài)電池方面，鋰離子電池固態(tài)化，一個(gè)能量型一個(gè)功率型大概做到230到250WH/KG的產(chǎn)品技術(shù)水平。循環(huán)性和安全性還是體現(xiàn)的比較好。

前面提了鋰硫、鋰空氣、固態(tài)電池等等進(jìn)行一些項(xiàng)目支持，能不能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還要看技術(shù)進(jìn)展，我個(gè)人覺得到2030年左右的水平。

最后講講電池的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)化的情況，從目前的標(biāo)準(zhǔn)體系來看，對(duì)動(dòng)力電池來說，應(yīng)該中國(guó)在全球來看，相對(duì)來說是比較完善的，從電池的電性能、安全性、循環(huán)壽命、體積利用、互換性方面都制定了一些國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)被裝備中心引用就變成了一個(gè)強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，尤其是安全性和電性能這塊大家關(guān)注度會(huì)比較高一些。


現(xiàn)在還有一個(gè)就是電動(dòng)汽車用鋰離子動(dòng)力電池安全要求也是一個(gè)強(qiáng)標(biāo)，對(duì)于國(guó)外來說就是一個(gè)法律，已經(jīng)制定完成了，已經(jīng)報(bào)到WTO相應(yīng)的一些反饋工作已經(jīng)完成了。預(yù)計(jì)今年的年底有可能發(fā)布。這里面會(huì)把前期的單體模組和系統(tǒng)的一些安全測(cè)試項(xiàng)目的一些內(nèi)容，都納入里面，同時(shí)會(huì)結(jié)合國(guó)際的UL、GTR、RSO、REC，這些對(duì)鋰離子電池安全性要求的測(cè)試項(xiàng)目都納入里面。其實(shí)就是在座的各位整車企業(yè)，包括電池企業(yè)的安全測(cè)試項(xiàng)目和內(nèi)容，基本上在這些標(biāo)準(zhǔn)里面都體現(xiàn)出來了，當(dāng)然在這里面著重增加的就是熱失控和熱擴(kuò)散的測(cè)試項(xiàng)目，整車出現(xiàn)安全性問題，最終體現(xiàn)的就是單體電池發(fā)生熱失控，對(duì)于整個(gè)電池系統(tǒng)發(fā)生了熱擴(kuò)散，這種情況下有可能導(dǎo)致發(fā)生爆炸和燃燒的現(xiàn)象。在這里面制定了熱失控、熱擴(kuò)散的測(cè)試流程，最終要求是可以允許著火和爆炸，但是給駕駛員一定的逃生時(shí)間，現(xiàn)在設(shè)置的是五分鐘的時(shí)間。上次在上汽聊他們?cè)O(shè)定是三十分鐘，他們最終目標(biāo)有可能要達(dá)到一小時(shí)，這是下一步無論是整車企業(yè)還是電車企業(yè)，從測(cè)試評(píng)價(jià)的時(shí)候著重要考慮的這塊內(nèi)容，因?yàn)樽罱K體現(xiàn)的還是這個(gè)問題，無論什么樣的問題，造成的都是電池包發(fā)生熱擴(kuò)散之后導(dǎo)致的安全問題發(fā)生，我們要從全生命周期驗(yàn)證這個(gè)問題，新型電池使用到一定時(shí)間的電池，包括我們使用壽命快終結(jié)的時(shí)候電池包安全性我們要做綜合性考核和驗(yàn)證。這就是一些擴(kuò)和驗(yàn)證工作，從材料到單體到系統(tǒng)我們要結(jié)合的工況，包括我們的管理系統(tǒng)等等這些，我們要做綜合性的考核驗(yàn)證。其實(shí)最終體現(xiàn)的就是單體電池的熱失控，整包熱擴(kuò)散之后的電池系統(tǒng)的安全性，包括對(duì)整車的安全性影響。產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展很快，2018年配套量已經(jīng)上升到570億WH的水平，但是電池企業(yè)的數(shù)量火災(zāi)不斷聚集，從最高的時(shí)候200多家，現(xiàn)在大概縮減到80—90家的水平。我們還是希望通過這樣一些智能工廠應(yīng)用來提升電池企業(yè)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的產(chǎn)能。

從價(jià)格來說壽命還是和補(bǔ)貼政策設(shè)置的要求是掛鉤的，對(duì)于乘用車是八年12萬公里，價(jià)格方面來說，今年大概均價(jià)應(yīng)該在系統(tǒng)的角度是一塊錢1WH，低的到了8毛錢。高的還維持在1.2元1WH的水平?？紤]到資源回收情況，只要整車數(shù)量達(dá)到一定水準(zhǔn)情況下，我們?cè)倏紤]中國(guó)現(xiàn)在的資源現(xiàn)狀，從這個(gè)角度來看，像鋰、鎳這樣的資源不會(huì)阻礙中國(guó)新能源汽車的發(fā)展。

最后是動(dòng)力電池發(fā)展需要重視的技術(shù)問題，第一個(gè)是安全，雖然我們的電池能量密度越來越高，但是我們要把安全放在第一位。這個(gè)過程里面把電池包熱管理熱擴(kuò)散技術(shù)做深入的研究和應(yīng)用。同時(shí)通過智能制造來提升產(chǎn)品品質(zhì)和產(chǎn)品的一致性，這樣的話我們可以變相提升電池循環(huán)受用，降低電池使用成本。
同時(shí)在新體系電池方面技術(shù)研究方面要做比較好的技術(shù)積累。標(biāo)準(zhǔn)化方面，希望通過這樣的方式來降低電池的制造成本，包括來提升體積利用的水平。這樣的話這幾方面結(jié)合在一起，對(duì)于動(dòng)力電池?zé)o論是現(xiàn)在還是將來的發(fā)展，都會(huì)有一個(gè)比較大的促進(jìn)，從而促進(jìn)中國(guó)新能源汽車的健康發(fā)展。

我就講這么多，謝謝大家！
 
 
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