鋰離子電池仍具有成為動力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景 但安全性尤為重要

中國科學(xué)院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高在日前召開的中國電動汽車百人會論壇（2019）上表示，鋰離子電池仍具有成為動力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但安全性尤為重要。

歐陽明高認(rèn)為，從車用角度看，最重要的是體積能量密度而不是重量能量密度。鋰硫電池、鋰空氣電池，雖然理論重量能量密度比較高，但體積能量密度目前還很難超越鋰離子電池。因此，他認(rèn)為鋰離子電池具有成為動力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但瓶頸是高比能量動力電池的安全性。

他認(rèn)為，2018年出現(xiàn)的新能源汽車安全事故，搭載電池大多是2016年左右生產(chǎn)的NCM523體系電池。而隨著高鎳材料的大規(guī)模應(yīng)用，電池的熱穩(wěn)定性將會變得越來越差，未來車輛安全性風(fēng)險將會進(jìn)一步加大，因此必須采取手段來預(yù)防安全性問題。

以下為歐陽明高發(fā)言全文：

尊敬的萬鋼主席、苗圩部長、陳清泰理事長，各位同行，大家下午好！我介紹一下中國新能源汽車技術(shù)路線的展望。

我國新能源汽車技術(shù)路線經(jīng)過了長時間的演變，從節(jié)能與新能源汽車到純電驅(qū)動技術(shù)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略，再到新能源汽車強國戰(zhàn)略。2018年11月，全國政協(xié)召開了“雙周座談會”，一些委員提出了一些新的建議，提出要面向2035年制定新能源汽車發(fā)展規(guī)劃。我們首先從技術(shù)角度來展望一下未來的發(fā)展，我就純電動力、混合動力、燃料電池以及電動化和新能源融合四個方面做一下展望。

第一，純電動力的技術(shù)展望。

自2008年鋰離子動力電池應(yīng)用于電動汽車已經(jīng)10年，實際裝車產(chǎn)品的能量密度提高了2．5倍，實現(xiàn)了蓄電池領(lǐng)域百年來革命性的突破。2020年我們的目標(biāo)是300瓦時／公斤，這是全球的共同目標(biāo)，而中國也已經(jīng)完全做好了準(zhǔn)備。

從車用角度看，最重要的是體積能量密度而不是重量能量密度，鋰離子電池在這個方面是最具優(yōu)勢的，現(xiàn)在的鋰硫電池、鋰空氣電池，雖然理論重量能量密度比較高的，但體積能量密度目前還很難超越鋰離子電池。在這個方面，我們認(rèn)為鋰離子電池具有成為動力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但瓶頸是高比能量動力電池的安全性。2018年出現(xiàn)了一些安全事故，這些事故車輛使用的電池基本上是在2016年左右生產(chǎn)的，大概是NCM523體系。隨著高鎳的應(yīng)用，電池的熱穩(wěn)定性將會變差，未來安全性風(fēng)險會更大，所以必須采取手段來預(yù)防安全性問題。

首先，當(dāng)前鋰離子電池從單體層面完全杜絕熱失控是不太現(xiàn)實的，我們可以從電池系統(tǒng)的熱機電設(shè)計與控制設(shè)計來防止誘發(fā)和蔓延，即便單體出現(xiàn)熱失控也不會發(fā)生事故。

其次，從改善電池本身安全性出發(fā)，要發(fā)展新型的固態(tài)電解質(zhì)電池。最近我們與日本專家討論，日本為應(yīng)對中國和韓國電池產(chǎn)業(yè)的崛起，舉全國之力研發(fā)下一代固態(tài)電池，每年政府經(jīng)費達(dá)到50－100億日元。美國和歐洲原有的電池產(chǎn)業(yè)是比較薄弱的，他們也在全力開發(fā)新一代固態(tài)電池，以實現(xiàn)超越。中國電池產(chǎn)業(yè)雖然暫時取得優(yōu)勢，但國際競爭壓力巨大，需要全力追趕固態(tài)電池前沿技術(shù)。當(dāng)前國內(nèi)也有一些固態(tài)電池，但還不是全固態(tài)電池，全固態(tài)電池大規(guī)模商業(yè)化估計在2025－2030年（后以后）才會真正實現(xiàn)，需要我們持續(xù)的努力。

根據(jù)國內(nèi)外的形勢，“十三五”新能源汽車總體專家組提出了路線圖的展望。總體看，電池正極發(fā)展方向是減鈷到無鈷，負(fù)極將是加硅，硅的含量將逐步提升，甚至是全硅。電解質(zhì)要減少有機溶劑，逐步提高鋰鹽的濃度，但是未來可能要開發(fā)全固態(tài)電解質(zhì)，但是全固態(tài)電解質(zhì)目前還有很多技術(shù)瓶頸需要克服，需要逐步開展。

除了電池，大家目前關(guān)注的可能是續(xù)駛里程，解決了電池并不能解決續(xù)駛里程的全部問題，目前續(xù)駛里程已經(jīng)從150公里提高到普遍300公里以上，但是客戶的抱怨并沒有減少，因為實際的續(xù)駛里程低于期望值。我本人也是電動車的用戶，我深有感觸，實際的續(xù)駛里程對氣溫和駕駛風(fēng)格是非常敏感的?？吭龃箅姵匮b載量來增加續(xù)駛里程不是根本出路，主流技術(shù)路線是提高電動汽車能效和充電便利性。

首先，在能效方面，高效電驅(qū)動系統(tǒng)的技術(shù)變革將會在未來5年發(fā)生，即電機驅(qū)動系統(tǒng)高速化、高效化、小型化，現(xiàn)在轉(zhuǎn)速能夠達(dá)到1．8萬轉(zhuǎn)／min，未來可能會到2萬轉(zhuǎn)／min；電機的體積、重量逐步減少，由于電機材料成本下降，電機成本也會下降。

其次，以碳化硅為代表的新一代高頻、高效電力電子將普遍使用，這也將會支撐高速電機的發(fā)展，使電機向小型、高效、低成本方向發(fā)展。據(jù)了解，美國能源部最近提出，面向2025年極具挑戰(zhàn)性的目標(biāo)：電機達(dá)到50千瓦／L，電機控制器100千瓦／L。這個目標(biāo)如果實現(xiàn)，將對電動車產(chǎn)生革命性的影響。

另外是熱管理，新一代熱泵空調(diào)技術(shù)已經(jīng)取得重大突破，并開始產(chǎn)業(yè)化推廣，現(xiàn)在已經(jīng)有企業(yè)裝車，這會降低對氣溫的敏感性，使冬季低溫環(huán)境下續(xù)駛里程的損失比現(xiàn)在降低2／3，從30％降到10％。還有就是整車能效優(yōu)化集成技術(shù)的突破，可以說電耗是整車集成技術(shù)水平最重要的指標(biāo)，電動車的節(jié)能比燃油車更重要，應(yīng)該采用法規(guī)來管理。日產(chǎn)聆風(fēng)是一個標(biāo)桿車型，小型車NEDC工況接近10度電／百公里，裝載40－60度電可以行駛400－500公里，降低了電池的裝載量。

再一個就是充電的便利性，一是充電體系的建設(shè)，二是快充技術(shù)的突破。中國是220伏的電壓，非常適合小功率慢充?，F(xiàn)在應(yīng)該盡量使家用轎車都配置慢充樁，這將成為主體的供電模式，未來成為能源互聯(lián)網(wǎng)的終端節(jié)點；10－15分鐘的快速充電是必備的，但快充的定位是應(yīng)急，不是主體充電的模式，快充占比大概承擔(dān)15－20％?，F(xiàn)在的350千瓦直流快充和換電代價都太大了，還不理想。預(yù)計今后5－7年，新一代與儲能結(jié)合、安全可靠的快充技術(shù)將會出現(xiàn)，這一塊創(chuàng)新空間很大。

面向未來，我們對電動汽車市場化路線圖做一個簡單展望。國內(nèi)外研究顯示，2025年電池系統(tǒng)的價格將會達(dá)到100美元／千瓦時左右，其實我國的磷酸鐵鋰會提前達(dá)到?；谌芷诘某杀荆嬎闳加推嚨膬r格和全生命周期的費用，燃油車和電動汽車將會持平，另外最嚴(yán)格的排放法規(guī)即將實施，燃油機的成本將會上升，拐點即將到來。我們認(rèn)為在2025年左右，純電動汽車性價比會實現(xiàn)大的突破。

特斯拉進(jìn)入中國，這是當(dāng)前對純電動汽車市場最重大的事件。應(yīng)該說，特斯拉的純電動戰(zhàn)略正在趨于成熟，它會帶來重大的機遇和挑戰(zhàn)。Modle3作為一個標(biāo)桿車型，是特斯拉最成功的一個車型，也是全面進(jìn)入家庭的一個車型，現(xiàn)在每個月量產(chǎn)2萬臺以上，尤其可貴的是它全面升級了動力系統(tǒng)的核心技術(shù)，包括電池、電機和智能化技術(shù)?？傊?，市場的開放和技術(shù)競爭將會加強技術(shù)創(chuàng)新，加速市場推廣，加快成本下降。所以純電動不是收縮和退出，而是抓住機遇，直面挑戰(zhàn)。

第二，混合動力技術(shù)展望。

混合動力一般來講是比較復(fù)雜的，尤其是對于非汽車、非發(fā)動機行業(yè)人來說，容易混淆。首先是常規(guī)混合動力，即不可充電的混合動力，日本豐田、本田、日產(chǎn)分別開發(fā)了代表性的深混技術(shù)，引領(lǐng)了國際常規(guī)混合動力的潮流。但我們也看到去年以來，日本試產(chǎn)串聯(lián)式的日產(chǎn)E－power的銷量和油耗可以跟普瑞斯的功率分流產(chǎn)品相媲美，這說明我們不一定要走功率分流的路線，對中國來講串聯(lián)相對簡單。

另外就是可以外界充電的混合動力，我們叫插電式混合動力。插電式混合動力分成兩個階段，在電量維持階段是常規(guī)混合動力。但充完電之后，率先使用的是電池，這一段非常重要。這要分為兩個部分，一是純電型插電式，就是全部用電，在充滿電之后的第一階段就是純電動，但是還有部分是混合型插電，前面仍然是混合動力，比如20公里純電續(xù)駛里程的普銳斯第一代插電混合就屬于這種。我們認(rèn)為，純電插電混合動力在城區(qū)短途用電，高速、長途用油，根據(jù)中國的乘用車出行特征，可以省油80％以上，這是中國優(yōu)勢的技術(shù)路線，這是我國政府規(guī)定50公里以上的純電續(xù)駛里程政策帶來的一個紅利。如果將純電型的插電混合動力按功能和結(jié)構(gòu)分開分析，其實有九類混合動力，純電型混合動力既可以串聯(lián)、并聯(lián)，也可以混聯(lián)。根據(jù)中國對的增程式定義，實際上是串聯(lián)的純電型插電混合動力，是純電插電混合動力中的一類。中國可能主要是并聯(lián)和串聯(lián)兩種，混聯(lián)不會成為主流。

比較這兩種方式發(fā)現(xiàn)，在混合動力模式下，并聯(lián)純電型相較于串聯(lián)純電型，具有成本和動力優(yōu)勢，國內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)正在著力探索低成本的純電并聯(lián)式插電混合動力，我認(rèn)為這是一個非常值得關(guān)注的具有中國優(yōu)勢的技術(shù)路線。而且可以抗衡國外深度混合動力的常規(guī)混合動力。在成本上，由于并聯(lián)單電機代替雙電機，綜合油耗較常規(guī)混合動力更大，從40％到80％，在成本上可以跟常規(guī)混合動力競爭。這能夠解決中國長期以來對深度混合動力頭疼問題。

如何實施混合動力技術(shù)路線？一是從燃油車升級轉(zhuǎn)換后的節(jié)能汽車路線，常規(guī)混合動力到插電式混合動力。另外一個是從純電動汽車轉(zhuǎn)換的混合動力路線，純電動到增程式和純電型插電混合動力。具體來看，要通過模塊化和平臺化的發(fā)展，內(nèi)燃機動力完全可以通過模塊化發(fā)展到并聯(lián)的三種構(gòu)型，P2、P2．5和P3，最后發(fā)展成并聯(lián)的純電型插電混合動力。純電動力系統(tǒng)方面，我們可以學(xué)習(xí)日產(chǎn)，發(fā)展串聯(lián)混合動力，然后到燃料電池串聯(lián)混合動力。我們也可以加上增程式的串聯(lián)型插電式混合動力或者叫增程式電動汽車，總之，中國混合動力技術(shù)的特色和優(yōu)勢仍然是純電驅(qū)動。當(dāng)然純電驅(qū)動包括純電動，但不等于純電動。

另外，必須提到的是混合動力的核心技術(shù)—發(fā)動機技術(shù)。目前國內(nèi)用于混合動力發(fā)動機效率為35％－37％，國際水平38％－41％，距離內(nèi)燃機的極限效率：柴油機大概55％，汽油機45－50％，還有很大空間，我們還需要大力創(chuàng)新。在混合動力發(fā)動機方面，現(xiàn)在國際上有效效率已經(jīng)超過45％，主要的技術(shù)路徑包括提高壓縮比、稀薄燃燒增壓和稀薄燃燒的壓燃。值得一提的是增程式的電動汽車可能會是小功率的增程機，我們現(xiàn)在探索有轉(zhuǎn)子發(fā)動機和自由對塞式發(fā)動機等等，從國際文獻(xiàn)分析和自我研究的角度，我們認(rèn)為主流的技術(shù)路線仍然是小排量四沖程的汽油機。

第三，燃料電池展望。

燃料電池首先的效益定位，奔馳公司給出的分析，即便選用的基礎(chǔ)內(nèi)燃機不差，內(nèi)燃混合動力全生命周期4．2升，相當(dāng)于車上的油耗大概3升，但在這種情況下，仍然是純電動和燃料電池效益的碳排放更加優(yōu)異。純電動和燃料電池相比，當(dāng)一次能源為天然氣的時候，燃料電池效益高于純電動，當(dāng)一次能源為可再生能源的時候，燃料電池效益低于純電動很多。另外只有基于可再生能源，才能實現(xiàn)近零碳排放。

燃料電池和純電動的成本平衡點，韓國現(xiàn)代分析乘用車大概是500公里左右，商用車100公里左右。國內(nèi)外的研究表明，氫燃料電池系統(tǒng)更適合替代柴油機，鋰離子電池系統(tǒng)更適合替代汽油機。從應(yīng)用定位來看，燃料電池系統(tǒng)是卡車和公路客車的長途運載工具的最佳選擇，這個分析來自豐田公司，也是燃料電池技術(shù)路線最佳的推崇者，從2009年到2018年，純電動汽車的適合里程范圍雖然擴大了，但燃料電池仍然定位在長途的商用車領(lǐng)域，這給我們很多啟示。

中國特色的技術(shù)路線是燃料電池、動力電池、混合型動力系統(tǒng)，中國開創(chuàng)了這條技術(shù)路線。燃料電池是國際的主流技術(shù)路線，中國燃料電池商業(yè)化已經(jīng)開始，經(jīng)過多年的示范，我們2017年底累計運行千輛，2018年年產(chǎn)超過1500輛，全國投入運營的加氫站達(dá)到12座，另外也有在建的。我們相信在中國的北方寒冷地區(qū)即SUV領(lǐng)域，燃料電池也具有競爭力。

燃料電池目前面臨許多挑戰(zhàn)，在燃料電池發(fā)動機層面主要是膜電機和空壓機。另外氫能技術(shù)，尤其是車載儲氫技術(shù)，比如說儲氫的能量密度仍然是不高的。剛才我們看到鋰離子電池的體積能量密度可以達(dá)到每升800瓦時，系統(tǒng)只能達(dá)到每升600瓦時，氫系統(tǒng)70兆帕的是每升800瓦時，必須發(fā)展新一代的每升1200千瓦時的高能量、低成本的這種儲氫系統(tǒng)。目前的氫能技術(shù)落后于燃料電池技術(shù)，需要全鏈條各環(huán)節(jié)氫能技術(shù)有新的突破，比如說液化需要進(jìn)一步降低能耗。我們預(yù)計在2025年到2030年會有新一代的氫能技術(shù)的出現(xiàn)。

總之，根據(jù)中國和全球氫能燃料電池技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，我認(rèn)為氫燃料電池汽車相比于純電動汽車，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程大約晚十年左右。在2020年，燃料電池混合動力將會成熟，商用車市場，預(yù)計在五千到一萬輛，標(biāo)志性的車型是燃料電池車。2025年，燃料電池技術(shù)將會成熟，推廣累計將會達(dá)到五到十萬輛，標(biāo)志性的車型是燃料電池的大型SUV，目前長城汽車在這方面應(yīng)該說走在前列。2030年，新一代氫能技術(shù)突破，制氫、儲氫、運氫全方面突破，燃料電池技術(shù)在交通和能源領(lǐng)域推廣達(dá)到100萬輛，標(biāo)志性車型是燃料電池的長途貨運卡車，將會達(dá)到一千公里的長途貨運能力，一百萬公里的可靠性和耐久性。

總之，中國燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈目前還很薄弱，但產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢全球最佳，已經(jīng)吸引了全球相關(guān)資源的深度參與，預(yù)計今后五到十年，有可能達(dá)到與目前中國鋰離子電池的國際地位相當(dāng)?shù)乃健?/p>

第四，電動化與新能源融合發(fā)展的展望。

我們目前叫電動車革命，即將發(fā)生的是新能源革命和人工智能革命。在整車智能化方面，我們更多是在談駕駛智能化，共享出行，其實還有能源的智能化，能源互聯(lián)網(wǎng)和車網(wǎng)的共享，如果從駕駛共享的角度看，車輛總數(shù)會降低，但是從能源共的角度，家家都應(yīng)該有電動汽車，在家里晚上充電，白天賣電，來賺取差價，這樣所有車輛的總量不會降低，汽車產(chǎn)業(yè)的GDP也不會降低，所以這將是我們未來的出路。

我重點要講的是關(guān)于動力電動化之后的能源革命，電動化革命發(fā)展迅猛，中國首次在全球率先導(dǎo)入高科技領(lǐng)域，增長非常好。現(xiàn)在從孕育期、導(dǎo)入期進(jìn)入成長期，還會到最后的高速成長期，我們認(rèn)為在2020年之后，尤其是2025年之后，將會是突飛猛進(jìn)的過程。根據(jù)中國汽車工程學(xué)會的預(yù)測，2030年是八千萬到一億輛，大家共同認(rèn)為所有的銷量指標(biāo)都會提前到達(dá)，也就是說2025年，保有量就會達(dá)到五千萬到八千萬，這是極有可能的，我們必須提前做好準(zhǔn)備，為能源革命做好準(zhǔn)備。

大家知道光伏技術(shù)是中國的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)在效率普遍達(dá)到20％，下一步是30％。第三代光伏革命正在興起，效率潛力巨大。中國光伏產(chǎn)業(yè)突飛猛進(jìn)，分布式光伏引領(lǐng)發(fā)展。我們預(yù)計分布式光伏與電動汽車分布式儲能的組合能源系統(tǒng)將構(gòu)建未來能源交通信息，我們必須為電動車規(guī)?；蟮哪茉锤锩龊脺?zhǔn)備。分布式光伏儲能動力電池、氫燃料電池及電動汽車相互需要，電動汽車需要新能源，新能源也需要電動汽車?！八奈灰惑w”的新能源系統(tǒng)，如果按照能源局的規(guī)劃，2030年非化石能源發(fā)電比例為50％，新能源也是50％，電動汽車上的電池將是50億度，再加上儲能電池（比如50億度），可以達(dá)到100億度以上，中國每天消費的電也就是140億度，電池電量就可以供應(yīng)中國用電。這將是一場深刻的革命，也將帶來幾萬億到十幾萬億的產(chǎn)業(yè)。

總之，面向2025年，我們展望電動化技術(shù)將會全方位的成熟，不管是鋰離子電池還是燃料電池都會全方位成熟。新能源、可再生能源也是價格性價比的拐點，電動車也是性價比的拐點，兩個拐點都會在2020年到2025年之間實現(xiàn)。這兩個是天然的絕配組合，智能化也會突飛猛進(jìn)，所以2025年左右是全方位突破的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。我們把新能源汽車分成三個階段，第一個階段是電動汽車，但不是真正的新能源汽車，到了第二階段，新能源電動汽車就是真正的新能源汽車，到了第三個階段就是新能源智能化電動汽車，就是我們最終的全方位革命的完成階段。