清華大學何向明:鋰電池5分鐘快充是僞命題

目前,新能源汽車大多使用鋰電池,但在實際運行中,因為鋰電一致性和安全性問題,新能源汽車著火事件常有發生。

圍繞鋰電池的相關技術問題,記者採訪了清華大學核研院鋰離子電池實驗室主任何嚮明。

清華大學何嚮明:鋰電池5分鐘快充是偽命題

強化電池技術、製造水平

中國能源報:您怎樣看待普遍存在的電池一致性問題。

何嚮明:手機電池都是單塊使用,但現在無論是大規模儲能還是電動車,都需要將很多電池連在一起。以特斯拉為例,幾千塊18650電池串並聯在一起,就會帶來一致性問題,電流電壓在實際分配中會出現不均。這會帶來兩大危害,一是系統壽命大幅下降;二是導致電池發熱,存在安全隱患。

中國能源報:如何確保電池的一致性,防止問題發生?

何嚮明:大家的普遍做法是,通過容量、電壓等一系列參數對電池進行篩選,但這些篩選的過程目前比較複雜,且效果都有侷限性,也有很多的問題,有些是由於測量誤差造成的。

目前設備的測量誤差大多在1%左右,實際上要達到電池一致性要求,誤差就要低於1%。從製造角度來說,全自動化的製造工程因設備精度、測量參數固定,減少了人為因素,在提升一致性方面有了很大改進。

我們也在思考其他方法來解決一致性問題,由此提出了用串聯充放電進行一致性篩選的思路。具體是先對所有從工廠產出電池的一致性做篩選,然後串聯,再進行充放電,這樣就可以避免設備誤差。

中國能源報:新能源汽車電池著火事件經常見諸報端,進一步突出了鋰電池的安全性問題。如何確保電池安全性?

何嚮明:電池安全事故是概率性事件。目前的檢測標準不能完全消除電池的安全性問題。鋰電池屬於易燃物,其能量密度高,有正極、負極,使用過程中的發熱會帶來熱失控問題。目前從電池本體技術上加強技術攻關,5-10年左右可以做到保證電池的安全。

電池安全性和與製造水平密切相關,比如空氣中的粉塵,如若落在隔膜上,人的肉眼是看不到的,但這對電池性能影響很大。電池的安全性與電池廠的管理水平、製造水平息息相關。要提高電池的安全性和可靠性,就要在各方面逐步提升,要貫穿在生產管理的各環節。

10-15分鐘快充較現實

中國能源報:日韓在鋰電技術上領先中國,受益於國內新能源汽車的爆發,中國在鋰電方面也在迎頭趕上,這種差距在逐漸縮小。

何嚮明:在鋰電領域,論創新能力,美國第一;論質量水平,日本第一;論製造水平,韓國第一。但中國的綜合能力是最強的,在鋰電綜合競爭力上、性價比上是領先的。所以中日韓美對鋰電行業而言,都是不可或缺的。

中國能源報:現在關於電動汽車快充技術的報道很多,5分鐘快充是否可行?

何嚮明:鋰電快充是有希望的,但是像網上炒作的5分鐘即可充滿電,是偽命題。我們認為10-15分鐘是比較現實的目標。比如一輛車50度電,1小時充電就要50千瓦的充電樁;6分鐘充滿電,就要500千瓦的充電樁,500千瓦的充電樁,如果是220伏的電壓,電流就是2000多安培,這是不可能的,在小區裡就不會讓用,這涉及到小區基礎設施增容。此外,快充對電池的壽命、安全性有著極大的隱患。

在快充方面,我們也在做一些技術上的儲備,自主研發了一種負極材料,可極大縮短充電時間,目前還處在實驗室階段。

不應單純以能量密度為指標

中國能源報:國家計劃到2020年,電池單體能量密度達到300瓦時每千克,據瞭解,寧德時代、天津力神、國軒高科企業研發團隊,已基本實現了300瓦時/公斤動力電池的研發。300瓦時的目標似乎已不是挑戰。

何嚮明:300瓦時的目標單純在技術上來說不是問題,但電池作為大規模應用的產品,最終是用在新能源汽車上,不能只考慮充放電容量,更要考慮安全性、可靠性,還需要在實踐中不斷驗證,在可靠性能上要絕對過關。

國家出臺新能源汽車補貼標準,對補貼設定門檻,規定了以電池能量密度為導向,本意是好的。

但也有一定的副作用,首先在成本上推高了電池的製造成本,帶來企業成本的上漲,另一方面企業為達到技術指標要求,需負重前行。

比較而言,國外在電池發展上,在滿足一定能量密度的前提下,更多關注電池的可靠性和安全性。

中國能源報:我們看到現在很多新技術不斷湧現,有專家認為鋰電能量密度在不斷接近天花板,對此您怎麼看?

何嚮明:

鋰電技術是由材料決定的,是從材料中不斷進化的電化學,鋰電進步不是一蹴而就,也不是三天兩頭就有進展出來,而是像蝸牛一樣慢慢爬行的過程。

現在經常說有很多新技術取得這樣或那樣的進展,但技術進步突破需要長時間的積累。任何行業的發展都是一個穩步發展的過程,實驗室的突破也往往需要很長的歷程轉化為現實生產力。

另外任何電池技術都有天花板,技術好壞,市場是最好的檢測——用戶選擇和投資趨向,現絕大多數的新能源汽車都是鋰電池來驅動。


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