今年前9個月，我國三元鋰電池累計實現(xiàn)裝機16.9GWh，在累計總裝機量中的比重已經(jīng)過半，提升到了58.54%。
但是兩個月前，中國工程院院士楊裕生發(fā)表了一篇署名文章，旗幟鮮明的反對大力發(fā)展三元動力電池，應重視磷酸鐵鋰電池發(fā)展。
此文一出，引發(fā)了三元動力電池相關廠商的猛烈回擊。對于這些回擊，楊裕生表示，歡迎業(yè)內(nèi)進行廣泛討論。
因在我國核相關方面的突出成就，1995年5月，楊裕生當選為中國工程院院士。1998年，他開始研究電池，從1998年至今一直從事高能密度二次電池、超級電容器等研究開發(fā)，是中國高能二次電池-鋰硫電池的開拓者。
11月8日，作為電池領域的權威專家，楊裕生院士接受了能見的專訪，就三元電池安全問題，以及電動汽車發(fā)展路線與下一代動力電池進行了詳細解答。
三元動力電池安全問題暫時無法解決
能見：楊院士，您上次撰寫的文章影響非常大，當然許多三元電池相關廠商也進行了回應，他們中一部分人可能認為您的觀點并不科學，您如何看待他們的回應？
楊裕生：首先看一個現(xiàn)象，特斯拉采用的是三元電池，但是去年年底已經(jīng)燒了十幾輛車，他可以叫“燒車的冠軍”，今年特斯拉又燒了4輛車，就在5月份燒了2輛車，燒死了3個人、燒傷了1個人。今年，我們國家已經(jīng)燒了38輛車，90%以上是乘用車，主要采用的是三元電池。當然這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)并不太準確，但是總體可以反映一個情況。
三元鋰離子電池一旦著火，火勢蔓延太猛，來不及逃生。實際上，三元鋰離子電池針刺實驗過不了關，以前國家標準里面是要求必須進行針刺實驗檢測的，但是現(xiàn)在已經(jīng)把這個實驗檢測放在一邊了，而且允許乘用車上敞開使用。
現(xiàn)在已經(jīng)形成了以提高比能量為首要指標的“慣性思維”。所以鎳鈷錳比例從333、523、622到811，危險性不斷的在增加。三元電池現(xiàn)在采取許多措施來提高安全性，成組之后它的能量比并不是很高，比如三元電池現(xiàn)在成組能夠到160Wh/kg的多一點，而磷酸鐵鋰電池現(xiàn)在有的公司也已經(jīng)做到150Wh/kg，單體做到180Wh/kg。
能見：質(zhì)疑您的觀點中，有這樣一種聲音，您說三元電池有危險性，出現(xiàn)車輛自燃現(xiàn)象，但是也有磷酸鐵鋰電池也發(fā)生過燃燒，您如何看待這個觀點？
楊裕生：這是本末倒置，磷酸鐵鋰電池比三元電池安全，是從技術層面來看是這樣，但是并不代表磷酸鐵鋰絕對的安全，也不代表所有的廠家生產(chǎn)出來的質(zhì)量都非常好。從工藝層面上看，有的磷酸鐵鋰動力電池制造企業(yè)可能不過關，可能也會導致安全問題。
從過去發(fā)生燃燒的電動汽車案例來，三元電池的占比是最大的。在同樣的條件下，三元電池要比磷酸鐵鋰電池危險的多。
能見：三元電池安全性差的技術原理是什么？
楊裕生：電池組像汽油箱那樣，是一種含高能物質(zhì)的部件。鋰離子電池中的電解液是用有機溶劑配制而成，其易燃的程度不亞于汽油。正極的氧化劑和負極的還原劑只隔一層微米級厚的隔膜，內(nèi)短路則生熱；充放電時，電池內(nèi)阻也生熱。在達到一定溫度時，正極上的氧化劑可與電解液發(fā)生化學反應。大量的化學反應熱會造成熱失控，產(chǎn)生大量氣體，導致氣壓升高、電池破裂，繼而出現(xiàn)車輛燃燒、爆炸情況。
正極的氧化劑不同，電池發(fā)生熱失控的溫度也不同。使用熱失控溫度越低的正極材料，電池的安全性越差。特斯拉用的三元鋰離子電池，熱失控溫度不足200℃，尤其是三元材料在達到一定溫度時還會分解釋放出極活潑的初生態(tài)氧，即使在沒有外界氧氣供應的情況下，這種電池內(nèi)部就“完整地具備”燃燒三要素。試想，其安全性能高嗎？這也是三元鋰離子電池起火后，火勢蔓延迅速且難以撲滅的原因。
相比之下，磷酸鐵鋰分子里的氧被牢固地束縛在磷酸根中，很難成為助燃劑，磷酸鐵鋰電池的熱失控溫度要高得多，其安全性高得多。
能見：您覺得三元電池安全性差，是從理論上來說根本就無法解決，還是因為目前工藝問題無法解決？
楊裕生：從理論上來說，三元安全性問題是非常難以解決的，起碼目前業(yè)內(nèi)水平是無法達到的，想解決三元電池的安全問題，難度是非常大的。
補貼一旦取消，三元電池將受到巨大沖擊
能見：既然明知安全問題無法解決，為什么還要大力發(fā)展三元電池，而且近兩年三元電池市場份額提升的非常快？
楊裕生：主要是利益機制，國家的補貼機制鼓勵高能量密度，電池廠商為了追逐利益在缺乏科學性的情況下，大力發(fā)展三元電池。
能見：他們不擔心嗎？
楊裕生：我國是沒有汽車召回制度的，即便該批次汽車出現(xiàn)問題，比如動力電池安全性問題，目前也沒有召回制度，缺乏對廠商的制約和監(jiān)管。
能見：最近有些媒體報道，明年新能源汽車補貼整體退坡40%，2020年再退坡40%，直至全部退出。這對動力電池格局會有什么樣的影響？
楊裕生：補貼一旦取消，對于三元電池的影響非常大，既然沒有補貼，汽車廠商肯定愿意采用更為安全的磷酸鐵鋰電池，而不會去采用風險特別大的三元電池。
電容型鋰離子電池才是下一代動力電池
能見：有人說固態(tài)電池、鋁空氣電池等是未來的主流，您如何看？
楊裕生：目前業(yè)內(nèi)開始研發(fā)全固態(tài)鋰離子電池。這是針對鋰離子電池易燃燒、爆炸產(chǎn)生的下一代電池。固態(tài)電解質(zhì)除了自身的電導率之外，最要害的是其與活性物質(zhì)之間的界面電阻隨充放電而增加，這是由于活性物質(zhì)在充放電時必然的體積漲縮而脫離電解質(zhì)，也是正極材料掉不可避免的，包括負極材料也有這個問題。界面的穩(wěn)定性是全固態(tài)電池的一個最根本的問題，除非將來能夠做到像橡皮那樣的全固態(tài)電解質(zhì)，它是可以有很大的彈性，隨著活性物質(zhì)的變化而來變化。
現(xiàn)在研究者降低了調(diào)門，不叫全固態(tài)了，改成“固態(tài)電池”，實際上是半固態(tài)或準固態(tài)，還是要加點液體，包括功率、壽命、成本等都還有許多問題沒有解決，效果如何，拭目以待。
后鋰離子電池，這是日本人提出來的名稱，叫鋰硫電池，又稱下一代動力電池。它的理論比能量高，但是從比能量看也是有片面性的，它安全性低，容易產(chǎn)生鋰枝晶，體積比能量低，放電倍率低，能量轉換率低，循環(huán)次數(shù)低，這“五低”問題真正解決之后才能用到車上，還要做很大努力。
下下一代是鋰空氣電池，比能量達到700Wh/kg，行駛里程都可以趕上燃油車了，但是這個事情很微妙，問題更多，很可能是遠水解不了遠渴。也有五個問題，問題比鋰硫問題更大，要成為動力電池更加渺茫。
能見：您覺得未來哪種技術路線可以勝出？
楊裕生：我提出發(fā)展電容型鋰離子電池，我認為這將是下一代動力電池。
電容型鋰離子電池就是在正極材料里面要加活性炭。這樣電池，倍率性能提高，電池壽命延長，低溫性能改善，充放電的電壓小100多毫伏。這個里面沒有加炭的充放電的兩根線的距離比較大，加了炭之后充放電的兩根線的距離就大大縮小。說明了電容在里面起了好的作用。活性炭承擔了大部分電流，使得電池的車輛啟動和剎車時候免于大電流對磷酸鐵鋰材料的沖擊。
能見：電容型鋰離子電池現(xiàn)在發(fā)展的情況怎樣？
楊裕生：高倍率電池的關鍵在新材料，富鎳材料主要是不長枝晶，高比容量，長壽命，方向是硬炭或硬炭+納米硅，電導率高，中孔率高，密度高，純度高，比表面高，性能比高，相互制約，尋求最佳途徑?？讖揭m用于不同直徑陰離子的擴散和建立雙電層電容。目前國內(nèi)有公司已經(jīng)研制成功最低孔徑5nm—100nm任意可控的碳氣凝膠，可滿足尋求最佳孔徑的標準。
增程式電動車已得到國家認可
能見：您如何看待動力電池與電動汽車之間的關系？
楊裕生：只有電池真正的進步，才能推動電動汽車水平的提高，冒進就要吃苦。就是說，電池如果不成熟，實際上是處于一種不穩(wěn)定狀態(tài)的電池，如果把它大量的用在汽車上，就要出問題。
電動汽車的主要矛盾是安全和里程的對立。安全性是矛盾的主要方面，里程是次要方面，不可顛倒。認可事物都要分析它的主要矛盾，矛盾當中主要方面跟次要方面也要分清楚，如果不分清楚，把主要矛盾、次要矛盾搞錯了，最后我們就要走彎路。
主要矛盾反映在電池上，是危險性與比能量的矛盾，電池的危險性制約“電動汽車里程隨心所欲提高”，我這里講的隨心所欲提高是我們現(xiàn)在每年都在提高要求。瞄準了250公里、300公里、400公里，現(xiàn)在還想沖擊500公里，這就是隨心所欲。
能見：您之前一直呼吁的增程式可以解決目前行業(yè)問題嗎？
楊裕生：國家科技部的“三縱”新能源汽車路線最初提出是“純電動汽車、混合動力汽車、燃料電池汽車”，后來混合動力汽車就改成了插電式電動汽車，后來插電式電動汽車又改成增程式電動汽車，這個變化前后大概10年的時間。今年1月，新的“三縱”中，增程式代替了“插電式”。
10年來我的主張是，要用安全成熟的電池發(fā)展節(jié)能減排的電動汽車，技術路線有兩條，一是微小型純電動車作為突破口，第二是，大眾型車發(fā)展純電驅(qū)動的增程式。微小型電動車可以用鉛酸電池做低速車，也可以用鋰離子電池做高速車，這個由市場決定。增程式電動車解決了純電動車的五大焦慮。它是市場化最為可行的一個車種。
現(xiàn)在我的主張逐漸被接受了，很不容易，十年了。今年7月，國家發(fā)改委在《汽車產(chǎn)業(yè)投資管理規(guī)定（征求意見稿）》當中，把增程式列入到純電動汽車內(nèi)?，F(xiàn)在企業(yè)也在紛紛做小型車或者發(fā)展增程式技術增程器。
能見：增程式技術路線對于動力電池有什么要求？
楊裕生：第一代增程式是純電動汽車上面裝了一個增程器，就是車上發(fā)電在給電池充電。第二代是把電力系統(tǒng)和電池進行了優(yōu)化，所以電動機的功率和電池都減半了，車子減輕了。它的優(yōu)點很突出，電池組不會過充和過放，壽命延長、安全性高，電池少，補貼退坡取消的影響小，易市場化。城市工況下必燃油車節(jié)油50%以上，用戶可以省錢，他可以不充電，免建充電樁，如果有充電條件，節(jié)油率可以在80%以上。燃油車的生產(chǎn)設施、加油設施全部可以繼承，便于發(fā)展。現(xiàn)在我們提出第三代增程式，叫發(fā)電直驅(qū)增程式，就是發(fā)電機發(fā)的電是不經(jīng)過電池組，直接給電動機，這樣更加節(jié)能，電池更少，電池壽命更長。
磷酸鐵鋰比能量已經(jīng)很高，磷酸鐵鋰電池可以有高倍率放電，壽命可以達到萬次，價格在下降，滿足第二代增程式的要求。第三代增程式的電池用量少，為了接受評測時候發(fā)電機的性能，吸納剎車初始時的回饋電能，要求下一代電池應該具有高倍率的充電能力。而我主張的電容型鋰離子電池就可以解決這個問題。
能見：有人說增程式車還是要燒油，不是最終目標，您如何看待這個質(zhì)疑？
楊裕生：如果我們的汽車油耗降到一半以下，年節(jié)油2億噸，環(huán)境改善了，能源安全提高，我國由汽車大國向汽車強國邁向一大步，全國人民都可以高興。純電動車未必是最終目標，裝電池多、重，車子重、耗電多，所以應該考慮全過程的節(jié)能減排，不是在電動汽車行駛過程這么一段的節(jié)能減排問題。
未來的增程式電動車可以不燒油，不增加二氧化碳排放，可以從太陽能來發(fā)電給電動汽車提供能量。同時秸稈、甜高粱這一類有機物產(chǎn)生乙醇，再給乙醇的發(fā)動機發(fā)電提供能量，這樣增程式就全部靠太陽能、風能來發(fā)動。
