以“未來汽車動力與能源之辯”為主題的2019上海電化學能源器件工程技術創新論壇於2019年12月15日在上海舉辦。論壇圍繞當前新能源汽車產業發展中的熱點話題，從先進動力電池、燃料電池、氫能製備與儲運、到甲醇燃料及氫電混合動力系統各抒己見，為我國新能源汽車的發展獻計獻策，共同推動我國新能源汽車技術進步。
會上，中車新能源科技有限公司總工程師、寧波大學教授阮殿波發表了主題演講，以下為演講實錄：
我們知道汽車電動化這個趨勢是不可阻擋的。那麼另外一點，當然全球有很多的時間表、規劃，實際上這裡有幾個問題，有一些痛點的事。
第一是現有鋰電池的問題，充電時間特別長，達不到分鐘級的充電，充電不能像加油一樣方便，這是一個非常大的痛點，用戶體驗不是特別好。
第二個問題，全生命週期成本及性能無法保障，最高的電池能用多少年？一般的家庭乘用車還可以，運營車輛的話，王總剛才也提到，是一個很大的問題，全生命週期會有儲能器件，帶來成本會很高。
第三個問題，目前的儲能電池低溫性不是特別好，一般來講鐵鋰的話是零下10度，再往下估計放電就很困難了，三元的話過了0度也很困難。那能不能做到零下30度，零下40度可充可放？這一點也是一個痛點。要解決這些問題，用電池本身的技術好象沒有什麼特別好的方法。
我們有這麼一些指標看能不能實現，第一是能量密度爭取做到120—150Wh/kg，當然這個不是很高，現在我們知道的鐵鋰大概能做到150—170Wh/kg，我們接近鐵鋰的水平。第二個功率密度，一般的電池是1個千瓦/公斤的水平，我們能把它提高到7—8個千瓦/公斤，這樣的話可以在5分鐘內充滿。第三個續航壽命問題，現在的電池我們測試過程中，好一點的可以測到8000次、10000次，主要看什麼條件測的，多大倍率測的，我們能不能用10C、20C的情況下，有5萬次的充電循環，這樣的話實際上有很好的應用。還有一個是低溫特性，零下20度以下做到可充可放，那麼實際上現在做的好一點的可以做到零下30度、40度，這個也是沒有問題的。
要實現這個想法，途徑大概是這樣的途徑，我們知道這裡有兩個器件，左面是鋰離子電池，右面是超級電容器，對比了四個方面的差別。首先，能量密度上，我們知道鋰電160—250，不管哪個體系，大概是這麼一個能量密度，非常高。而超級電容器，目前大概是5到10Wh/平米，差異非常大，幾倍的差異。除了一點，我們看另外三個指標，其他指標好於電池，第二功率密度非常高，現在做到18個kW/kg現在最好做到能100個kW/kg，也沒有問題，所以它可以實現秒級充電，我們這邊知道一般的快充，40分鐘，一個小時，滿充幾個小時。而且快充的話，對電池本身的壽命的影響是非常大的。第三個是循環壽命，一般的話電池500到3000次，超級電容器可以做到100萬次，因為它是基於物理屬性。最後一個是低溫性能差別很大，超級電容器零下40度的時候，所有的指標幾乎是沒有變化的。我們再想，能不能從材料級別、體系級別構建一個新型的電池？我們把這個電池叫做超快充電池，就是紅色部分畫的。
看一下指標，剛才大概講了一些情況。從鉛酸、到鈦酸鋰，到磷酸鐵鋰來比較，我們看它的綜合指標優勢明顯，它可以3分鐘充滿，零下20度，還可以很好的使用。其他的電池必須接近的是鈦酸鋰和磷酸鐵鋰，鈦酸鋰有一個問題能源密度比較低，鐵鋰也有很大的問題，雖然說價格稍微低一點。我講的QCB電池成本相對比較低。
那麼實際上，目前哪些公司正在做？三星公司現在出了兩款電池，基於剛才講的體系，有一點不一樣，這個電池其中給奧迪做混合動力用的，已經批量。國內有一家炒作比較大，產品沒有做，壽命比較低。
從材料級別構建的話，大概是這麼一個情況，左面是超級電容器儲能原理，我們看是通過電子與離子吸附來進行存儲，這種儲能是物理儲能，所以基本沒有化學反應，有一點點化學反應是化學副反應，我們不希望的。右面是通過Li的脫嵌和插層裡實現的，那麼我們能不能考慮在正負極上把這兩種材料做在一起？但是我們要選擇材料，因為不同的材料，包括超級電容器也是一樣，它的電壓體系不一樣，我們看有一個是合適的。正極用三元材料，通過一種技術能夠燒結在一起，它倆的電壓體系是一致的，單體對外工作電壓是2.7伏，正畸是4.1或者是4.2伏，幾乎是類似的。這樣的體系，容易在充電過程中，材料本身性能能保持穩定。
那麼這樣的話，在正極上既有Li電儲能，又有超級電容的儲能，實際上可以調控比例。調控比例的話，就可以調控剛才講的這幾個主要指標，看這些指標的特性。同時如果這樣的話，器件兼顧了鋰電的高能量密度，以及超級電容器的高功率密度。
我們做了幾個這樣的器件進行測試，我們看到在快充情況下都沒有問題可以做到30C，做到100C也沒問題，做到20C的情況下，看一下充電時間。完全充滿情況下是10分鐘，3C是5分鐘，前面的時間非常短，實際上真正要用的話，大概是5到8分鐘的時間就可以充滿。
那麼這塊測試性能定位性能還有對立性能，現在看這兩個曲線，從2.4V到2.7V，我們看這個曲線的話，完全是一個超電曲線，因為橫流情況下超級電容器是一條直線這個是電容的特性。我們知道三元材料本身要放電的話，實際上到3V左右是掉下去的，我們可以拉直，這樣的話把電壓使用範圍拉寬。一般來講我們選2.7V和2.8V，那麼是完全的一個很均勻的一條直線。還有一個看倍率情況非常好，保持性能非常好，那麼20C的情況，相對保持92%的能量，非常好的保持特性。那麼在放電過程中一樣，零下20度的時候，放電也很好，這個PPT比較早，現在是應該是80%左右，也是一個非常好的情況。
那麼再看壽命，做了兩種測試，一種測試在20C連續充放，充3分鐘放，連續的放，這個是比較惡劣的充放在沒有散熱的條件下，大概是做了顯示，做到了2萬次，大概將近有90%的容量，實際上是非常惡劣的條件，很多的電池用20C很難實現，本身產熱就非常大。
還有把出口稍微窄一點點，做到3V到3.8V的情況下，在20C沒有到30C的情況，達到18萬次的時候，實際上它的容量保持率還有90%，所以壽命非常長。利用超級電容器本身的多孔材料的參與，超電本身的性能會把壽命做的很長。
這個是做了一些軟包的器件，包括一些小模組。也做了一些圓柱的和1860、2170這些電池，那麼這些快充電池，也可以跟三星、LG誰上比較好的這些產品對比。怎麼對比？就看溫升怎麼樣，同樣不同的倍率下，測它的溫升差異非常大。我們看溫升的情況，如果是超容電池的話，就是底下最低的一條，它的溫升一般來說是10度左右，這個是非常高的情況。
你看對一個單極電池，如果是三星和LG的，非常高，整個下來的話，溫度從室溫大概20到30度上升到65度，所以差別就很大了，所以很難用在快充上，而這個電池可以用在快充上。
這些電池做的話，實際上還是想把它做一些應用的，大概有幾點，最好的應用第一個是用在物流車上。第一個應用我們知道去年最火的是ETC，用這種技術做了很多小型的電池，用在ETC上。它就是短時高功率通訊用的，用量很大，做了幾千萬只產品，半年左右的時間，現在還在做，所以它第一個是用在ETC上。我們知道ETC用的話，肯定不是用一年，貼上去其實很難摘下來，摘下來再上去是非常難的。而且高溫性非常好，放在汽車擋風玻璃上的話，夏天溫度非常高，大概70、80度，它對溫度的適應性沒有問題。
第二個是三表系統，消費者類電子的，三表系統的話有遠程抄表，物聯網終端電源，那麼這塊的話，也是用它的高功率、長壽命、低溫優異性的情況，包括一些執行機構，包括關水閥什麼的都可以，這個是民用的。
動力性，用在物流車上，目前在改一臺物流車，在用超級電容器電池，我們設計的是250公里，用超快充電池。那麼250公里的話，可以實現快充，也不用人來充電，因為我們知道物流車運營效率非常高，幾乎不停，換司機不換車，這個車，今天白天一個人開，晚上一個人，吃飯的時候10分鐘去充電，充滿後剩下的時間它一直在工作。我們知道電池壽命也很長，這樣的話全生命週期，比如說這個車用8到10年的話，絕對不用換電池。
還有動力拖車和港口的作業機械過現在有一個要求，可能在5到6年內，因為環保和排放要求，我們很多的工程機械，包括港口作業機械要求代替，原來的純柴油機改成電動化，找不到一個電池用的。鉛酸電池體積重量非常大，用鐵鋰的話，據工程機械的人講，鐵鋰的話一般堅持不到一年半，這個電池就要換掉，成本低也沒有用。現在在做這個事情，這個電池非常合適，功率性特別好。
第二，賣壽命。壽命特別長，特別適合工程機械，因為我們知道工程機械市場非常大，有萬億市場。
第三，在一些電動車上能不能單次充電能跑250公里，這樣的一個情況，分鐘級充電。當然這個市場真的做起來比較難，補貼的問題，其他的問題也都很難。當然，我覺得燃料電池和混合動力，燃料電池就是一個發電極，後面加一組電池，這個電池可以選擇。
實際上這個電池抗過載能力非常強，後期工況輸出非常複雜，做車的人都知道，工況輸出非常複雜，對電池衝擊很大，尤其是制動的時候，這個能量的回饋，如果電池效率非常高，制動回收效率非常高，環境適應性更好的話，在混合動力上還是非常好的。燃料電池或者是混合動力都可以，作為一個搭配。
還有剛才說的48V，這個事情也是很好的借鑑，如果用超級電容器電池的話，還是有很好的特性，一個是講制動能量的回饋，那麼制動能量回饋的時候，就是我們很好工業節能，包括電池有很好的應用。
以上就是我的分享，謝謝！
閱讀更多 汽車總站網 的文章
