鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:596次 | 2021年12月07日
鈦酸鋰離子電池將逆襲 梯次利用困難重重
新能源汽車的發(fā)展離不開動(dòng)力鋰離子電池的進(jìn)步。經(jīng)過多年發(fā)展,我國已形成從上游資源開發(fā),到中游生產(chǎn)設(shè)備制造,再到下游鋰離子電池應(yīng)用的完善鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈,但電池成本高、能量密度低、續(xù)航里程短等難題依然待解。
我國與國際上其他國家相比,動(dòng)力鋰離子電池技術(shù)水平差距何在?電池自動(dòng)化和電池一致性之間有何關(guān)系?哪種電池安全性更好?電池的回收利用前景如何?圍繞上述問題,記者專訪了山東玉皇新能源科技有限公司首席科學(xué)家、國家“”薛嘉漁。
鋰電生產(chǎn)要自動(dòng)化
記者:您研究鋰離子電池20多年,從國外到國內(nèi),您認(rèn)為做好鋰離子電池安全的根本是什么?
薛嘉漁:鋰離子電池發(fā)展至今已有25年了。前20年重要應(yīng)用領(lǐng)域局限于小電器(手機(jī)、手提電腦等)。其安全性一直沒有完全解決。近幾年來,隨著電動(dòng)汽車的發(fā)展,鋰電的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的高潮。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
不少公司一窩蜂涌入這個(gè)行業(yè)。但是最后能存活下來的,一定是那些能夠把品質(zhì)做好的公司。要談電池的安全性,首先要確保電池性能的一致性,否則電池的安全性就無從談起。
我們都了解特斯拉用的是18650電池,這是鋰電界的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),此前重要應(yīng)用于手提電腦產(chǎn)品中。特斯拉用成千上萬塊18650電池組裝在汽車上作為動(dòng)力電源。這么多電池組裝在一起,每個(gè)電池有2個(gè)焊線(正負(fù)極各一個(gè)),這樣就會(huì)有大量的連接線頭,其中任何一個(gè)焊接頭松動(dòng)就會(huì)造成這塊電池喪失功能。為何特斯拉要用18650電池呢?盡管這款電池不是專為電動(dòng)汽車做的,但是18650電池是行業(yè)間最古老的產(chǎn)品,或行業(yè)標(biāo)桿。它具有相對(duì)完備的安全防護(hù)體系和較佳的產(chǎn)品一致性。假如大容量動(dòng)力單體電池能夠做到18650的一致性,人們當(dāng)然會(huì)采用大容量動(dòng)力鋰離子電池,這樣就可以減少焊點(diǎn)數(shù),提高可靠性。
記者:目前我國鋰離子電池的使用壽命并不樂觀,您怎么看?
薛嘉漁:舉一個(gè)簡單的例子,我國張北的風(fēng)光儲(chǔ)輸示范站,其中安裝的儲(chǔ)能電池,包含了國內(nèi)知名的各鋰電廠家生產(chǎn)的電池,經(jīng)過4—5年的運(yùn)行,其中電池差不多已經(jīng)換了一茬了。這就是說,普通鋰離子電池的壽命目前還是不能很好地滿足儲(chǔ)能應(yīng)用的需求。這樣的鋰電用在一輛電動(dòng)汽車上,要求5—8年內(nèi)不替換電池是幾乎做不到的。
記者:在動(dòng)力鋰離子電池領(lǐng)域,我國和國際上差距大嗎?
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測繪、無人設(shè)備
薛嘉漁:全世界的鋰電生產(chǎn)重要在亞洲,在亞洲是三足鼎立局面——日、韓、中。我國和日韓技術(shù)上較大的差距重要是在自動(dòng)化以及對(duì)電池化學(xué)扎扎實(shí)實(shí)的研究方面。此前,手機(jī)用鋰離子電池的生產(chǎn)我國廠家無法與日韓相比,其中差距重要在電池生產(chǎn)的自動(dòng)化方面。自動(dòng)化電池生產(chǎn)出來的產(chǎn)品一致性通常優(yōu)于手工或所謂“關(guān)鍵工藝部位自動(dòng)化”的產(chǎn)品。產(chǎn)品一致性好,相對(duì)安全性就比較高
現(xiàn)在隨著動(dòng)力鋰離子電池市場的興起,對(duì)產(chǎn)品一致性提出了比小電池更高的要求。這有關(guān)我國鋰電公司的升級(jí)換代是一個(gè)推動(dòng),同時(shí)也是一線生機(jī)。我國政府大力支持電動(dòng)汽車及儲(chǔ)能是一大利好。我國鋰電公司一定要抓住這次機(jī)會(huì)。在我國做動(dòng)力鋰離子電池,資金充裕,所以自動(dòng)化鋰電生產(chǎn)成為可能。
記者:電池的一致性和電池生產(chǎn)自動(dòng)化之間有必然關(guān)系嗎?
薛嘉漁:這是肯定的。鋰電生產(chǎn)要自動(dòng)化,而且是全自動(dòng)化優(yōu)于半自動(dòng)。比如在半自動(dòng)生產(chǎn)線電池的搬運(yùn)過程中,電池可能不小心掉在地上,造成表面看不出來的內(nèi)傷,會(huì)對(duì)電池的性能造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。鋰電生產(chǎn)過程中,人是最可變的因素,但自動(dòng)化機(jī)器在正常運(yùn)作的情況下是基本不變的。所以只有自動(dòng)化做鋰電才能最大限度地提高產(chǎn)品的一致性。
記者:現(xiàn)在國家倡導(dǎo)工業(yè)4.0,自動(dòng)化已經(jīng)被很多公司所采納。
薛嘉漁:在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中,光有先進(jìn)的設(shè)備不見得就能做出好的電池產(chǎn)品。比如從日本進(jìn)口了全套設(shè)備,卻做不出和日本同樣質(zhì)量的電池,必須有一支懂得如何使用自動(dòng)化設(shè)備的工程技術(shù)團(tuán)隊(duì)。除此之外,公司上層管理人員的管理理念都必須改變?,F(xiàn)在自動(dòng)化生產(chǎn)的成本還是很高的。它可以高效地作出合格產(chǎn)品,也可以高效地做出不合格的次品。目前國內(nèi)的廠家能做到全自動(dòng)化生產(chǎn)或無人車間的公司并不多。我國不少大型公司、集團(tuán)投資了很多錢上自動(dòng)化生產(chǎn)線,投資并不是問題,問題在于是否有懂得如何建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)自動(dòng)化生產(chǎn)線等的技術(shù)與管理人才以及一套完備的公司體系。
鈦酸鋰離子電池或?qū)⒛嬉u
記者:現(xiàn)在國內(nèi)外常見報(bào)道一些電動(dòng)汽車電池爆炸的案例,鋰電領(lǐng)域哪種電池安全性相對(duì)較好?
薛嘉漁:現(xiàn)在的鈦酸鋰離子電池是鋰電中壽命最長、安全最高的電池。論生命周期,普通鋰離子電池約為1000—2000次循環(huán),鈦酸鋰則是1—2萬次循環(huán),是前者的10倍。此外,鈦酸鋰離子電池有優(yōu)異的功率特性及高低溫性能,唯一不足是能量密度偏低。此前,業(yè)內(nèi)還擔(dān)心鈦酸鋰離子電池的脹氣問題,這一問題從技術(shù)上早已得到妥善解決。鈦酸鋰離子電池的批量生產(chǎn)技術(shù)也已成熟,只是很多鋰電公司目前還沒有真正掌握批量生產(chǎn)鈦酸鋰離子電池的技術(shù)要領(lǐng)。
當(dāng)然,片面強(qiáng)調(diào)鈦酸鋰材料的安全性也不對(duì)。整個(gè)電動(dòng)汽車動(dòng)力系統(tǒng)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,其中任何一部分沒做好都能出現(xiàn)安全事故。
記者:那么鈦酸鋰離子電池的重要應(yīng)用領(lǐng)域在哪呢?
薛嘉漁:鈦酸鋰離子電池在新能源汽車中有一定的市場份額但不太容易成為主流產(chǎn)品,因其能量密度低。但在儲(chǔ)能領(lǐng)域很有潛力,因其對(duì)重量的要求相對(duì)較低。假如我們考慮鈦酸鋰離子電池的全壽命周期低成本,這項(xiàng)技術(shù)還是很有吸引力的。比較現(xiàn)在的鋰離子儲(chǔ)能電池,大約3—5年換一茬,鈦酸鋰離子電池的壽命就算是其5倍,那就是15年。期間換電池的成本、停機(jī)調(diào)試維修、新舊電池混用可能出現(xiàn)的麻煩等,使用鈦酸鋰離子電池在這些方面的費(fèi)用節(jié)省是很可觀的。電池不管是用做汽車動(dòng)力還是做儲(chǔ)能,最根本的性能要求是一致性好、性價(jià)比高。
記者:其他類型的電池呢,比如鋰空電池、全固態(tài)電池以及石墨烯電池?
薛嘉漁:現(xiàn)在鋰空電池與全固態(tài)電池還有很多實(shí)驗(yàn)室的課題要解決,距離產(chǎn)業(yè)化還有距離。石墨烯電池的所謂優(yōu)越性能是有人將這種材料的某些特性通過理論計(jì)算后放大出來的,難以服人。
回收利用難
記者:有關(guān)動(dòng)力鋰離子電池回收或梯次利用,目前業(yè)內(nèi)對(duì)此看法不一。有人認(rèn)為可以梯次利用,防止浪費(fèi),但也有人認(rèn)為不具有可操作性。您如何看?
薛嘉漁:坦白講,我對(duì)梯次利用不太看好。原因是各家電池都不相同,一致性也不同,電池生產(chǎn)、使用的歷史都不一致的情況下,要想把這些電池整合到一起利用絕非易事。
記者:沒有辦法對(duì)電池一致性進(jìn)行測試嗎?
薛嘉漁:有,但很難!一致性好,是指全生命周期循環(huán)的一致性或動(dòng)態(tài)一致性。具體地說,就是一組電池在實(shí)際的長時(shí)間使用期間內(nèi)要求所有電池的容量和內(nèi)阻保持一致,起碼在一條狹窄的帶內(nèi)沒有發(fā)散。但在現(xiàn)實(shí)情況中,一組電池在某一未知的時(shí)刻可能會(huì)有一塊或幾塊電池發(fā)生不同程度的容量衰減或內(nèi)阻升高。這樣在充電時(shí),同樣對(duì)整組電池適用的平均電量就會(huì)對(duì)容量已衰減了的電池造成過充,這是可以造成起火或爆炸的安全隱患。所以,整組電池的充電量取決于最差的那塊電池。
電池組中每一塊電池的一致性都很重要。要把很多不同使用歷史、廠家生產(chǎn)日期、正負(fù)極原材料配方等都不完全清楚的電池放在一起使用,那可能是一場惡夢。盡管可以通過電源管理系統(tǒng)(BMS)做一些調(diào)控,但調(diào)控能力是有限的。舊電池的安全性是一個(gè)難以保證的課題。
記者:那用過的電池作為資源來回收呢?
薛嘉漁:在之前鋰離子電池回收中,重要有回收價(jià)值的元素是鈷和鎳。國家鼓勵(lì)加強(qiáng)資源的回收利用,未雨綢繆沒有錯(cuò)。隨著產(chǎn)業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大,資源回收使整個(gè)鋰電產(chǎn)業(yè)鏈形成一個(gè)閉環(huán),是有利于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展的。但從商業(yè)角度來說,回收利用是一項(xiàng)難以盈利的業(yè)務(wù)。國家可能必須對(duì)資源回收利用給予相應(yīng)的補(bǔ)貼,或從產(chǎn)業(yè)鏈的某些高利潤的環(huán)節(jié)扣留一部分利潤來補(bǔ)貼電池回收公司,以保持鋰電產(chǎn)業(yè)鏈對(duì)環(huán)境保護(hù)與和諧。