鋰電池熱的"冷"思考：現今的電動汽車能快充嗎？

8月20日，遼陽一輛電動汽車起火，聊城一列電動火車23日起火，成都一輛威瑪汽車25日起火，安徽銅陵安凱一輛電動公交車26日起火。。。2018年5月至8月，公開報道的電動汽車事故多達16起，其中9起事故被判定為“充電過程中自燃”。其他事故包括電池故障、電氣元件短路、停車時自燃等。隨著新能源汽車的快速發展，技術突破和安全挑戰隨之而來。

新能源汽車車主是指使用非常規汽車燃料作為動力源的汽車。目前，市場上最常見的汽車是純電動汽車和混合動力汽車。就像普通汽車需要內燃機一樣，電動汽車需要動力電池來提供正向能量。目前，最重要的動力電池類型是鋰離子電池。“遵循科學規律，不要盲目”和“首先開發安全可靠的技術”。10月17日至18日在北京舉行的“中國·宜春2018全球鋰電池產業鏈高峰論壇”上，來自學術界和行業的人士呼吁鋰電池的安全性。鋰離子電池是由鋰電池發展而來的。鋰電池在人們的生活中有著悠久的歷史，比如紐扣電池。鋰電池的陽極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，陰極是鋰金屬。電池組裝好后，電池將有電壓，不會再充電。鋰電池通常被禁止充電，因為在充電和放電過程中容易形成鋰枝晶，導致電池內部短路。1992年，日本索尼公司發明了一種以碳材料為負極、含鋰化合物為正極的電池。在充放電過程中，只存在鋰離子，不存在金屬鋰，這就是現在的鋰離子電池。此后，日本索尼能源開發公司和加拿大莫里能源公司成功開發了新型鋰離子電池（以下簡稱“鋰電池”）。目前，鋰電池已被廣泛應用于各種手持電子產品和電動汽車中。對于鋰電池來說，性能在兩個指標上是好是壞：一個是充放電速率，它代表電池的充電速度；

一個是能量密度，它決定了一輛汽車能行駛多少公里。然而，對這兩個指標的盲目追求在很大程度上犧牲了安全系數。目前，快速充電技術沒有出路。“這些火災事件中，至少60%發生在充電時或剛充電后，表明充電存在很大問題。”國家863電動汽車重大專用動力電池測試中心主任王子東說。在鋰電池的充電過程中，鋰離子在兩個電極之間來回嵌入和脫嵌，陽極和陰極不發生氧化反應。但王子東建議，目前的充電方式和充電過程都是氧化還原反應，而不是鋰電池應該遵循自身規律的充電方式。此前，王子東團隊的實驗結果表明，使用電流充電方式可能會使電池壽命縮短30%。因此，在這種情況下，王子東認為不應該考慮大電流充電。鋰電池的充放電率是指單位額定容量下的充放電電流。例如，當額定容量為100Ah的電池充放電20年時，其充放電速率為0.2C。通常，鋰電池的充電電流設置在0.2C到1C之間。電流越大，充電越快，但同時，電池發熱現象也越嚴重。目前，純電動汽車的充電容量是慢速充電，基本在0.3C到0.5c之間。另一方面，過大的電流充電會導致容量不足，因為電池內部的電化學反應需要時間。就像倒啤酒的人一樣，如果倒得太快，它會產生氣泡，但它會不滿意。北京大學新能源材料與技術實驗室主任戚璐表示，如今的多元陰極金屬復合氧化物電池可以充電8分鐘，理論上只能以10C的速度充電。“這種能量是難以想象的”。事實上，這些技術瓶頸并不是什么新問題。齊路是中國鋰電池研究領域的開拓者之一。他是2008年奧運會清潔能源電動汽車動力電池項目的首席科學家。早在北京奧運會上，他們就對各種問題進行了各種實驗。屆時，三元材料電池可以在5分鐘內充電。在實驗中，在快速充電過程中，三元鋰電池的熱量不能快速釋放，這大大增加了爆炸的可能性。考慮到安全問題，齊路表示，這項技術不能用于純電動汽車，只能用于電池混合動力汽車。此外，動力電池的快速充電也面臨著一個非常現實的問題——城市的電力基礎設施無法滿足需求。假設一輛公交車使用150千瓦時的電池，充電需要5分鐘，而公交車需要100千瓦的電源容量。如果有數百輛公交車同時充電，將對電網產生巨大影響。“今天的城市電網根本無法做到這一點。”齊璐說。目前，王子東團隊正在研究如何在充電過程中根據電池特性調整充電方式。在改變不同的充電方式后，普通的標準充電方式可以給電池充電500次，在新的充電方式下可以充電1000次，有效減緩了電池的衰減。因此，王子東表示，即使有很多瓶頸，鋰電池也肯定會有一種特別適合自己的充電方式。齊路認為，現階段，最合適的充電方式是連接停車位兩三個小時、五六個小時，甚至一晚，這完全可以通過充電技術實現。通過首先開發安全可靠的充電方法，將促進電動汽車的穩定、安全和健康發展。能量密度和安全性是矛盾的。2018年2月，財政部、工業和信息化部等四部委聯合印發《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，取消續航里程150公里以下純電動汽車補貼，將續航里程300公里以上的純電動汽車補貼提高到3.4萬元，并提高汽車補貼……

續航里程在400多公里到5萬元之間。加州大學戴維斯分校中國交通能源中心主任王運石分析說，這意味著純電動汽車的續航里程越長越好。新政策可能希望通過要求動力電池系統的能量密度來促進動力電池的發展。鋰電池的能量密度（Wh/kg）是指單位重量電池可以儲存的能量，主要由電池的材料特性決定。根據普通鉛酸電池的能量密度約為40Wh/kg，如果用鉛酸電池驅動家用汽車行駛200公里以上，則需要近1噸的電池。因此，在將電池重量控制在一定范圍內的前提下，電池的能量密度越大，汽車的續航里程就越長。能量密度越高越好，但電池是一種能量集中度高的小型設備。當更多的能量集中在更小的體積中時，如果使用不當，例如溫度上升或突然劇烈碰撞，其后果甚至可以與炸彈相提并論。根據新能源研究院Real Lithium Research發布的最新數據，2018年6月后，120Wh/kg電池組的裝機容量達到約95%，而一年前6月這一比例僅為7.3%。也就是說，國內電池系統在能量密度方面的進步遠遠超過了國外，速度“驚人”。

2017-2018.8中國電動汽車乘用車生產中不同能量密度電池組的裝機比例來源：真鋰研究盡管高能量密度電池包的裝機量有了很大提高，但如何平衡能量密度和安全性的問題仍未解決。“如今，能量密度無疑與電池安全性成反比，我們還沒有解決這個問題。”齊璐說。目前，中國生產的鋰電池的理論能量密度為300-400Wh。在這個上限沒有突破的情況下，可以通過減少隔膜的磨損來擴大材料空間，從而提高能量密度。隔板的作用是將電池的正極和負極分開，防止兩個電極接觸和短路，并讓電解質離子通過。“這是最簡單、最危險的方式。”王子東說。王子東介紹，他的研究團隊之前了解過三星Note7的火災事件，發現三星Note7電池中使用的隔膜厚度約為45微米至46微米。在使用均質材料的情況下，一些動力電池制造商甚至考慮使用10微米和8微米厚的隔膜。在他看來，這個想法“非常大膽”。由于電池制造過程中不可避免地會出現顆粒物掉落的現象，實際的隔膜會帶來一些微妙的“工傷”。在材料沒有突破的前提下，超薄隔膜、易燃電解質和暗流枝晶如果在這個環節冒險，就會埋下爆炸隱患。“在掌握鋰電池的點火規律之前，控制能量密度、安全性和壽命之間的平衡是一個不容忽視的問題。”王子東說。事實上，能量密度和安全的“魚和熊掌”問題不僅困擾著中國鋰電池技術的發展，也困擾著業內領先的韓國人和日本人。德意志證券韓國分析師Seunghoon Han表示，目前沒有一家公司敢說其技術路線已經完全確定，但每家公司都認為自己的電池是最安全的。鑒于許多其他行業已經通過標準化和標準化解決了許多安全問題，鋰電池行業發展面臨的這些安全問題可能也需要標準化來解決。然而，這些處于發展瓶頸期的問題并不影響快速充電技術和提高能量密度，這仍然是未來技術的發展方向。“只有在安全指標標準化和標準化之后，技術發展才能更容易確定哪些更安全，哪些不安全。”Han說。另一方面，高能量密度意味著需要高密度材料，而高密度材料將決定儲存電能的大小。當厚度……

材料可以達到安全極限，但仍低于人們的預期，許多人將注意力轉向尋找新材料。王子東認為，如果在材料和高能量密度方面沒有突破，在瓶頸期會長期停滯，可能會停滯10年、50年。然而，對于最近非常流行的石墨烯、納米材料等，齊魯并不樂觀。他說，這些材料，包括之前使用的硫酸亞鐵鋰，實際上都是低密度材料，而三元材料和多組分材料的等密度要高得多，未來可以制造更高的密度。“從材料的角度來看，石墨烯具有良好的導電性，但當它從材料衍生到電池，再衍生到電動汽車時，這個概念會是一樣的嗎？”齊魯說，“納米材料在這個領域不會有任何具體的應用。”無論是快速充電還是高能量密度，齊璐認為，我們必須戒驕戒躁，尤其是對于固態鋰電池等能夠確保能量密度且使用安全的技術。在具有良好導電性的電解質材料出現之前，我們不應該對此類電池的工業化抱有太大期望。“我們仍然需要全力以赴開發我們可行的技術。我認為最重要的是我們的‘明天的技術’。”齊璐說。8月20日，遼陽一輛電動汽車起火，聊城一列電動火車23日起火，成都一輛威瑪汽車25日起火，安徽銅陵安凱一輛電動公交車26日起火。。。2018年5月至8月，公開報道的電動汽車事故多達16起，其中9起事故被判定為“充電過程中自燃”。其他事故包括電池故障、電氣元件短路、停車時自燃等。隨著新能源汽車的快速發展，技術突破和安全挑戰隨之而來。

新能源汽車車主是指使用非常規汽車燃料作為動力源的汽車。目前，市場上最常見的汽車是純電動汽車和混合動力汽車。就像普通汽車需要內燃機一樣，電動汽車需要動力電池來提供正向能量。目前，最重要的動力電池類型是鋰離子電池。“遵循科學規律，不要盲目”和“首先開發安全可靠的技術”。10月17日至18日在北京舉行的“中國·宜春2018全球鋰電池產業鏈高峰論壇”上，來自學術界和行業的人士呼吁鋰電池的安全性。鋰離子電池是由鋰電池發展而來的。鋰電池在人們的生活中有著悠久的歷史，比如紐扣電池。鋰電池的陽極材料是二氧化錳或亞硫酰氯，陰極是鋰金屬。電池組裝好后，電池將有電壓，不會再充電。鋰電池通常被禁止充電，因為在充電和放電過程中容易形成鋰枝晶，導致電池內部短路。1992年，日本索尼公司發明了一種以碳材料為負極、含鋰化合物為正極的電池。在充放電過程中，只存在鋰離子，不存在金屬鋰，這就是現在的鋰離子電池。此后，日本索尼能源開發公司和加拿大莫里能源公司成功開發了新型鋰離子電池（以下簡稱“鋰電池”）。目前，鋰電池已被廣泛應用于各種手持電子產品和電動汽車中。對于鋰電池來說，性能在兩個指標上是好是壞：一個是充放電速率，它代表電池的充電速度；

一個是能量密度，它決定了一輛汽車能行駛多少公里。然而，對這兩個指標的盲目追求在很大程度上犧牲了安全系數。目前，快速充電技術沒有出路。“這些火災事件中，至少60%發生在充電時或剛充電后，表明充電存在很大問題。”國家863電動汽車重大專用動力電池測試中心主任王子東說。在鋰電池的充電過程中，鋰離子在兩個電極之間來回嵌入和脫嵌，陽極和陰極不發生氧化反應。但王子東建議，目前的充電方式和充電過程都是氧化還原反應，而不是鋰電池應該遵循自身規律的充電方式。此前，王子東團隊的實驗結果表明，使用電流充電方式可能會使電池壽命縮短30%。因此，在這種情況下，王子東認為不應該考慮大電流充電。鋰電池的充放電率是指單位額定容量下的充放電電流。例如，當額定容量為100Ah的電池充放電20年時，其充放電速率為0.2C。通常，鋰電池的充電電流設置在0.2C到1C之間。電流越大，充電越快，但同時，電池發熱現象也越嚴重。目前，純電動汽車的充電容量是慢速充電，基本在0.3C到0.5c之間。另一方面，過大的電流充電會導致容量不足，因為電池內部的電化學反應需要時間。就像倒啤酒的人一樣，如果倒得太快，它會產生氣泡，但它會不滿意。北京大學新能源材料與技術實驗室主任戚璐表示，如今的多元陰極金屬復合氧化物電池可以充電8分鐘，理論上只能以10C的速度充電。“這種能量是難以想象的”。事實上，這些技術瓶頸并不是什么新問題。齊路是中國鋰電池研究領域的開拓者之一。他是2008年奧運會清潔能源電動汽車動力電池項目的首席科學家。早在北京奧運會上，他們就對各種問題進行了各種實驗。屆時，三元材料電池可以在5分鐘內充電。在實驗中，在快速充電過程中，三元鋰電池的熱量不能快速釋放，這大大增加了爆炸的可能性。考慮到安全問題，齊路表示，這項技術不能用于純電動汽車，只能用于電池混合動力汽車。此外，動力電池的快速充電也面臨著一個非常現實的問題——城市的電力基礎設施無法滿足需求。假設一輛公交車使用150千瓦時的電池，充電需要5分鐘，而公交車需要100千瓦的電源容量。如果有數百輛公交車同時充電，將對電網產生巨大影響。“今天的城市電網根本無法做到這一點。”齊璐說。目前，王子東團隊正在研究如何在充電過程中根據電池特性調整充電方式。在改變不同的充電方式后，普通的標準充電方式可以給電池充電500次，在新的充電方式下可以充電1000次，有效減緩了電池的衰減。因此，王子東表示，即使有很多瓶頸，鋰電池也肯定會有一種特別適合自己的充電方式。齊路認為，現階段，最合適的充電方式是連接停車位兩三個小時、五六個小時，甚至一晚，這完全可以通過充電技術實現。通過首先開發安全可靠的充電方法，將促進電動汽車的穩定、安全和健康發展。能量密度和安全性是矛盾的。2018年2月，財政部、工業和信息化部等四部委聯合印發《關于調整完善新能源汽車推廣應用財政補貼政策的通知》，取消續航里程150公里以下純電動汽車補貼，將續航里程300公里以上的純電動汽車補貼提高到3.4萬元，并提高汽車補貼……

續航里程在400多公里到5萬元之間。加州大學戴維斯分校中國交通能源中心主任王運石分析說，這意味著純電動汽車的續航里程越長越好。新政策可能希望通過要求動力電池系統的能量密度來促進動力電池的發展。鋰電池的能量密度（Wh/kg）是指單位重量電池可以儲存的能量，主要由電池的材料特性決定。根據普通鉛酸電池的能量密度約為40Wh/kg，如果用鉛酸電池驅動家用汽車行駛200公里以上，則需要近1噸的電池。因此，在將電池重量控制在一定范圍內的前提下，電池的能量密度越大，汽車的續航里程就越長。能量密度越高越好，但電池是一種能量集中度高的小型設備。當更多的能量集中在更小的體積中時，如果使用不當，例如溫度上升或突然劇烈碰撞，其后果甚至可以與炸彈相提并論。根據新能源研究院Real Lithium Research發布的最新數據，2018年6月后，120Wh/kg電池組的裝機容量達到約95%，而一年前6月這一比例僅為7.3%。也就是說，國內電池系統在能量密度方面的進步遠遠超過了國外，速度“驚人”。

2017-2018.8中國電動汽車乘用車生產中不同能量密度電池組的裝機比例來源：真鋰研究盡管高能量密度電池包的裝機量有了很大提高，但如何平衡能量密度和安全性的問題仍未解決。“如今，能量密度無疑與電池安全性成反比，我們還沒有解決這個問題。”齊璐說。目前，中國生產的鋰電池的理論能量密度為300-400Wh。在這個上限沒有突破的情況下，可以通過減少隔膜的磨損來擴大材料空間，從而提高能量密度。隔板的作用是將電池的正極和負極分開，防止兩個電極接觸和短路，并讓電解質離子通過。“這是最簡單、最危險的方式。”王子東說。王子東介紹，他的研究團隊之前了解過三星Note7的火災事件，發現三星Note7電池中使用的隔膜厚度約為45微米至46微米。在使用均質材料的情況下，一些動力電池制造商甚至考慮使用10微米和8微米厚的隔膜。在他看來，這個想法“非常大膽”。由于電池制造過程中不可避免地會出現顆粒物掉落的現象，實際的隔膜會帶來一些微妙的“工傷”。在材料沒有突破的前提下，超薄隔膜、易燃電解質和暗流枝晶如果在這個環節冒險，就會埋下爆炸隱患。“在掌握鋰電池的點火規律之前，控制能量密度、安全性和壽命之間的平衡是一個不容忽視的問題。”王子東說。事實上，能量密度和安全的“魚和熊掌”問題不僅困擾著中國鋰電池技術的發展，也困擾著業內領先的韓國人和日本人。德意志證券韓國分析師Seunghoon Han表示，目前沒有一家公司敢說其技術路線已經完全確定，但每家公司都認為自己的電池是最安全的。鑒于許多其他行業已經通過標準化和標準化解決了許多安全問題，鋰電池行業發展面臨的這些安全問題可能也需要標準化來解決。然而，這些處于發展瓶頸期的問題并不影響快速充電技術和提高能量密度，這仍然是未來技術的發展方向。“只有在安全指標標準化和標準化之后，技術發展才能更容易確定哪些更安全，哪些不安全。”Han說。另一方面，高能量密度意味著需要高密度材料，而高密度材料將決定儲存電能的大小。當厚度……

材料可以達到安全極限，但仍低于人們的預期，許多人將注意力轉向尋找新材料。王子東認為，如果在材料和高能量密度方面沒有突破，在瓶頸期會長期停滯，可能會停滯10年、50年。然而，對于最近非常流行的石墨烯、納米材料等，齊魯并不樂觀。他說，這些材料，包括之前使用的硫酸亞鐵鋰，實際上都是低密度材料，而三元材料和多組分材料的等密度要高得多，未來可以制造更高的密度。“從材料的角度來看，石墨烯具有良好的導電性，但當它從材料衍生到電池，再衍生到電動汽車時，這個概念會是一樣的嗎？”齊魯說，“納米材料在這個領域不會有任何具體的應用。”無論是快速充電還是高能量密度，齊璐認為，我們必須戒驕戒躁，尤其是對于固態鋰電池等能夠確保能量密度且使用安全的技術。在具有良好導電性的電解質材料出現之前，我們不應該對此類電池的工業化抱有太大期望。“我們仍然需要全力以赴開發我們可行的技術。我認為最重要的是我們的‘明天的技術’。”齊璐說。

標簽：北京發現威馬汽車

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