新能源汽车电池

充电慢、续航短、充放电性能衰减

——为什么一直“卡脖子”？

“十三五”期间，中国新能源汽车的产销快速增长，连续五年位居全球第一，预计到今年年底新能源汽车的保有量将突破500万辆。

但是，对于新能源汽车来说，目前最大的限制因素仍然是电池。如果克服电池的几个难题，产销量将更喜人。

首先，是电池寿命问题

早在2019年，韩国蔚山国际科学技术研究所(Ulsan National Institute of Science and Technology)的研究人员利用新型催化剂研发了一款铝空气电池，该电池可解决电动汽车(EV)电池技术常见的电池使用寿命问题，蓄电量达到锂电池5倍以上。

铝空气电池是原电池，不能使用常规方法对其进行充电。它应用在电动车上的方式也是与氢燃料电池相仿，是一种发电产品，当车里的锂电池没有电了以后，空气电池介入发电为汽车提供能量。100公斤的铝空气电池里可以安放50片电池，每一片可以让一辆小轿车行驶20英里。

与现有锂离子电池相比，这款新型电池具更高能量密度、成本更低、循环寿命更好、安全性也更高。此外，它重量轻，几乎没有着火或爆炸的风险。

其次，是续航和充电速度问题

中国锂电产业奠基人、80岁的中国工程院院士陈立泉带领团队开展固体电解质和锂二次电池研究，研发出了新型的电池材料——纳米硅负极材料。

科普贴

硅在自然界中广泛存在，储量丰富，砂子的主要成分就是二氧化硅。但是要把金属硅做成硅负极材料，就要进行特殊的加工处理。在实验室里，完成这样的加工处理并不是难事，但是要做成吨级的硅负极材料，需要大量的技术攻关和试验。
中科院物理所从1996年就开始研究纳米硅，2012年开始做硅负极材料生产线，直到2017年才做出第一条生产线，而且不停地调整修正。经历过几千次的失败才批量生产出了硅负极材料。
如果说硅负极材料是未来提高锂电池能量密度的一个很好的选择，那么固态电池技术则是解决目前锂电池安全性、循环寿命等问题的一种公认的有效解决方案。当前很多国家都在积极布局固态电池的研制，中国在固态锂电池技术方面的研发也在与国际同步。

在江苏溧阳，陈立泉院士的得意门生李泓，带领团队经过二十多年的技术攻关，已实现了目前溧阳工厂年产锂离子电池硅负极材料2000吨的神话。

在溧阳的这家工厂里，采用了李泓教授带领团队研发的固态锂电池的无人机，续航里程比同样规格的无人机，增加了20%。奥秘都在中科院物理研究所研制的固态化正极材料上。

2018年，这里已经完成了300Wh/kg固态动力电池系统的设计开发，在车辆上搭载后，可以使整车续航里程增加一倍。2019年，中科院在江苏溧阳建立了固态电池中试生产线，今年5月，已经陆续有产品开始在消费电子类产品中使用。

不过，李泓指出，这还不是完全意义上的全固态电池，而是在液态锂电池技术上不断优化的类固态电池，要想让汽车续航里程更远、手机待机时间更长、无人机飞得更高更远，就要研发更安全、更大容量的全固态电池。

还有，要克服安全性问题

不仅是中科院科物理所，很多企业也都在探索新能源电池的新技术、新材料。在广东珠海的一家新能源公司，一辆纯电动公交车在公司的充电示范区进行充电。

充电三分多钟，剩余电量就由33%上升到60%以上，仅仅8分钟，这辆公交车的电量就充满了，显示为99%。

梁工表示，城市公交车线路固定、一个来回的公里数不会超过100公里，利用公交司机休息的时间充电，可以充分发挥钛酸锂电池充电快的优势，另外钛酸锂电池还有循环寿命长的优势。

在这家公司的电池研究院，有一块从2014年就开始进行充放电循环试验的钛酸锂电池，如今六年时间，充放电已超过3万次。

尽管钛酸锂电池有长寿命、高安全、充电快的优势，但是钛酸锂电池的能量密度不够高，只有锂电池的一半左右。因此，他们把目标市场放在了公交车、专用车辆，以及储能电站等对能量密度要求不高的应用场景。

在储能电池研发和产业化方面，中科院物理研究所研发的钠离子电池已经开启了商业化之路。相同的储电量，钠离子电池相比铅酸电池，不仅体积小，而且重量大大减轻，同样体积钠离子电池的重量不到铅酸电池的30%。在一款低速电动观光车上，同样的空间，储存的电量增加了60%。

2011年，同样师从陈立泉院士的中科院物理所研究员胡勇胜带领团队，开始致力于钠离子电池技术的研发，经过的10年技术攻关，开发出了钠离子电池，在国内以及全球钠离子电池底层研发及产品应用领域都处于领先地位。

相比锂离子电池，钠离子电池最大的一个优势就是原材料分布广泛、价格便宜。生产负极材料的原料就是经过洗选的煤炭，每吨的价格不到一千元，远远低于几万元一吨的石墨价格。而另一种材料碳酸钠，同样资源量丰富，价格便宜。

钠离子电池不易燃烧，安全性好，在零下40摄氏度都可以工作，但是能量密度不如锂电池，目前只能用在低速电动车、储能电站等对能量密度要求较低的领域。不过，钠离子电池的目标是用做储能设备，目前已经开发出100千瓦时的储能电站系统。

对于未来动力电池、储能电池发展的方向，中国工程院院士陈立泉认为，安全性和成本仍然是动力电池、储能电池等技术攻关的核心要求。在传统能源紧缺的情况下，储能电池能够促进可再生能源并网应用，改善峰谷用电矛盾，形成绿色、可持续的能源结构。

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