2012全球新能源汽車大會(huì)(GNEV2012)將于2013年1月10日-14日在中國(guó)海南博鰲舉行，作為此次大會(huì)的重要組成部分，“動(dòng)力電池技術(shù)國(guó)際創(chuàng)新論壇”將于1月11日上午召開(kāi)。
電池技術(shù)一直未能取得重大突破是發(fā)展新能源汽車的最大阻力，在世界范圍內(nèi)也是一個(gè)有待攻克的難題。下一代動(dòng)力電池的研發(fā)目標(biāo)是什么?技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)如何界定?如何有效動(dòng)員電池產(chǎn)業(yè)鏈各個(gè)環(huán)節(jié)的企業(yè)與研究力量進(jìn)行聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，以確保既定目標(biāo)的達(dá)成?
我們誠(chéng)邀各界人士探討“下一代動(dòng)力電池在哪里?”議題，期待與更多網(wǎng)友分享精彩觀點(diǎn)和共識(shí)。
微宏動(dòng)力在行業(yè)里有很多獨(dú)特的地方，比如主打“鈦酸鋰”材料的鋰電池，又如其力主“快速充電”的模式。
“我們開(kāi)發(fā)鈦酸鋰這個(gè)電池，看中的是它的快速充電能力”，在接受記者的電話采訪時(shí)，微宏動(dòng)力市場(chǎng)部經(jīng)理宋寒自信地說(shuō)：“快速充電將是未來(lái)電動(dòng)汽車發(fā)展的方向。”
快速充電正逐漸進(jìn)入視野
過(guò)長(zhǎng)的充電時(shí)間，一直是電動(dòng)汽車發(fā)展過(guò)程中難以跨越的障礙。一般采用慢充的純電動(dòng)公交車，充電時(shí)間至少要4個(gè)小時(shí)以上，而很多純電動(dòng)乘用車的充電時(shí)間更是長(zhǎng)達(dá)8個(gè)小時(shí)。
“電動(dòng)車輛的快速充電是未來(lái)的趨勢(shì)，因?yàn)橄M(fèi)者的使用習(xí)慣就是這樣，他們不會(huì)愿意浪費(fèi)太多時(shí)間在等待充電這個(gè)環(huán)節(jié)。”宋寒對(duì)快速充電的發(fā)展很有信心：“消費(fèi)者對(duì)快速充電是有要求的”。
基于這樣的判斷，微宏動(dòng)力一直在動(dòng)力電池快速充電方面進(jìn)行持續(xù)的投入。“沃爾沃正在研發(fā)快速充電技術(shù)，此外日本的‘CHAdeMO’，美國(guó)的SAE(汽車工程師學(xué)會(huì))也在充電標(biāo)準(zhǔn)中提出了快速充電方面的要求”，宋寒連著舉了多個(gè)例子。
記者了解到，目前沃爾沃正在研發(fā)可在1.5小時(shí)內(nèi)充滿電的快速充電器，以改變純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程短和充電時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。而日本則在致力于自己的快速充電標(biāo)準(zhǔn)——“CHAdeMO”的國(guó)際化。
此外，為抗衡日本，美國(guó)和德國(guó)合作推出了“聯(lián)合充電系統(tǒng)(Combo)”方式。美德正在推進(jìn)普通充電和快速充電用連接器的一體化，以便能將車輛的連接口精簡(jiǎn)為一個(gè)整合性的連接器。
但快速充電在國(guó)內(nèi)的發(fā)展并非一帆風(fēng)順，在起步階段就不斷受到質(zhì)疑。電池壽命、安全性、電網(wǎng)承受力等，快速充電的發(fā)展面臨著眾多問(wèn)題。
正負(fù)極材料的改進(jìn)、隔膜的研制、電解液的匹配——微宏動(dòng)力通過(guò)對(duì)電池全面的改進(jìn)來(lái)提高電池快速充電的能力。微宏動(dòng)力在開(kāi)發(fā)快速充電電池的過(guò)程中，并沒(méi)有把單個(gè)材料作為唯一的突破點(diǎn)，而是立足整個(gè)電池體系的研發(fā)。“我們是把電池當(dāng)成體系來(lái)看的，達(dá)到某一個(gè)特性需要進(jìn)行全面的開(kāi)發(fā)”。
需要改進(jìn)的不僅僅是電池，充電設(shè)備以及電網(wǎng)的改進(jìn)同樣重要。應(yīng)對(duì)電網(wǎng)問(wèn)題，微宏動(dòng)力正在研發(fā)儲(chǔ)能站系統(tǒng)，通過(guò)儲(chǔ)能站來(lái)平抑快速充電對(duì)電網(wǎng)的影響，并且更有效的利用峰谷電力。
鈦酸鋰
雖然微宏動(dòng)力致力于整個(gè)快速充電體系，但主業(yè)依舊是以制造電池為主。無(wú)論是磷酸鐵鋰電池，還是三元材料均有研發(fā)、生產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)。不過(guò)微宏動(dòng)力最引以為傲的還是獨(dú)樹(shù)一幟的鈦酸鋰電池。
鈦酸鋰(LTO)并不是正極材料，而是傳統(tǒng)負(fù)極材料——石墨的替代品。鈦酸鋰用于電池開(kāi)發(fā)始于上世紀(jì)90年代，相比石墨負(fù)極，鈦酸鋰具有循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全、可快速充電等多重優(yōu)點(diǎn)。
電池在充、放電時(shí)，負(fù)極存在著鋰離子的嵌入與脫出過(guò)程。石墨材料的層狀結(jié)構(gòu)在鋰離子嵌入脫出時(shí)通常產(chǎn)生層間形變，并隨著嵌脫次數(shù)的增加而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)塌陷。而鈦酸鋰是一種零應(yīng)變材料，鋰離子在嵌入與脫出時(shí)晶格常數(shù)與體積變化都很小，具備極優(yōu)的循環(huán)性能;
據(jù)介紹，目前微宏動(dòng)力生產(chǎn)的鈦酸鋰單體電池充放循環(huán)次數(shù)可以達(dá)到兩萬(wàn)五千次，是普通石墨負(fù)極電池的十多倍。
鈦酸鋰在安全方面也有石墨無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。過(guò)充狀態(tài)下，石墨負(fù)極容易產(chǎn)生鋰枝晶，會(huì)刺破薄膜，造成短路，是電池發(fā)生安全問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)字弧ｂ佀徜嚨碾娢槐蠕囯姌O高出1.5伏，不易析出鋰枝晶，這一特性使得鈦酸鋰電池相對(duì)其他實(shí)用碳負(fù)極材料的鋰離子電池在根本上更安全。
對(duì)于微宏動(dòng)力來(lái)說(shuō)，更看重的是鈦酸鋰穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)帶來(lái)的快速充電的特性以及長(zhǎng)使用壽命。“我們開(kāi)發(fā)鈦酸鋰電池，就是想體現(xiàn)它快速充電的能力以及長(zhǎng)循環(huán)壽命。公司在研發(fā)上做了很多工作，特別是基礎(chǔ)材料的開(kāi)發(fā)。”
微宏動(dòng)力擁有一個(gè)由60多名工程師和科學(xué)家組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)。多年以來(lái)一直專注于鋰離子動(dòng)力電池核心材料的研發(fā)。
“鈦酸鋰并不是憑空出現(xiàn)的，而是有過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間技術(shù)積累的。現(xiàn)在在技術(shù)上還有一些難題，但是我們很好地解決了這些問(wèn)題”，對(duì)此宋寒用鈦酸鋰脹氣的問(wèn)題做了個(gè)例子。脹氣問(wèn)題一直阻礙著鈦酸鋰電池的應(yīng)用，微宏動(dòng)力通過(guò)自主研發(fā)解決了這個(gè)難題。
對(duì)于隔膜和電解液等，微宏動(dòng)力也進(jìn)行著改進(jìn)和研發(fā)。“我們自己研發(fā)的隔膜的孔隙率很高，非常適合于快速充電。部分外來(lái)材料我們也不是直接應(yīng)用，會(huì)進(jìn)行改性，更適合快速充電要求。”
適合快速充電、壽命長(zhǎng)、更安全，這些優(yōu)點(diǎn)讓微宏動(dòng)力選擇了鈦酸鋰電池作為戰(zhàn)略方向。
當(dāng)然，鈦酸鋰電池也并不是全無(wú)缺點(diǎn)，比如鈦酸鋰相對(duì)于鋰電極的電位為1.5伏，采用三元材料作為正極時(shí)電池的電壓平臺(tái)為2.3伏，相對(duì)其他類型的鋰離子動(dòng)力電池能量密度會(huì)低一些，這也是鈦酸鋰電池目前主要應(yīng)用在對(duì)電池能量密度不太敏感的電動(dòng)公交車上的原因之一。
為改善這一點(diǎn)，微宏動(dòng)力正在開(kāi)發(fā)更高電位的正極材料，以提高鈦酸鋰電池的能量密度。
“鈦酸鋰對(duì)于市場(chǎng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)新事物，很多人不太理解。其實(shí)只要稍具規(guī)模的電池廠商目前都在研發(fā)鈦酸鋰。我們解決了鈦酸鋰批量生產(chǎn)中存在的一些問(wèn)題，所以占領(lǐng)了這個(gè)先機(jī)”。
只要7-8分鐘
在采訪中，記者常聽(tīng)到的一句話就是“我們不是靠嘴說(shuō)的公司，一切都要靠事實(shí)來(lái)證明。只有實(shí)際做過(guò)，才知道是否可行。”
證明快速充電更加優(yōu)秀的過(guò)程并不容易。充電設(shè)施不完善，公交公司缺乏興趣，對(duì)技術(shù)本身的質(zhì)疑等等問(wèn)題，一直困擾著微宏動(dòng)力對(duì)鈦酸鋰電池的推廣。直到去年4月份，微宏動(dòng)力與重慶恒通客車合作，開(kāi)始在重慶市試運(yùn)行6輛采用鈦酸鋰動(dòng)力電池的純電動(dòng)公交車。
到今天，這6輛公交汽車依舊在運(yùn)營(yíng)中，單車最大累計(jì)運(yùn)營(yíng)里程已經(jīng)超過(guò)了6萬(wàn)公里。6萬(wàn)公里意味著這輛純電動(dòng)公交車平均每天充電六次，一年多下來(lái)已經(jīng)累計(jì)充電2500余次。
經(jīng)過(guò)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)2500次充放電后的鈦酸鋰電池組容量衰減小于1%。“普通磷酸鐵鋰單體電池經(jīng)過(guò)2000次循環(huán)，容量衰減達(dá)20%。而我們的鈦酸鋰電池成組后，經(jīng)過(guò)2500次循環(huán)衰減僅為1%，這是非常有說(shuō)服力的數(shù)據(jù)。”宋寒十分自豪的對(duì)記者表示。
實(shí)際運(yùn)行中，快速充電展現(xiàn)出了充分的優(yōu)勢(shì)。雖然理論上一臺(tái)車從空電到充滿電需要10分鐘的時(shí)間，而運(yùn)營(yíng)中由于電池組充電前通常尚有余電，平均只需7-8分鐘即可充滿，極大提升了運(yùn)營(yíng)效率，基本不影響公交現(xiàn)有的運(yùn)營(yíng)方式。
由于充電效率的提升，采用快速充電的公交場(chǎng)站充電機(jī)數(shù)量遠(yuǎn)少于普通場(chǎng)站，卻沒(méi)有普通場(chǎng)站的排隊(duì)充電情況。既減小了場(chǎng)地需求，也降低了運(yùn)營(yíng)成本。
良好的運(yùn)營(yíng)效果進(jìn)一步拓展了市場(chǎng)，到2012年10月，微宏動(dòng)力已經(jīng)向恒通電動(dòng)客車提供了350多套鈦酸鋰動(dòng)力系統(tǒng)，到2012年底以前總數(shù)將達(dá)到500臺(tái)。并且定下了2013年在重慶總量1000臺(tái)的目標(biāo)。
短期內(nèi)，微宏動(dòng)力的主要發(fā)展方向還是公交市場(chǎng)。鈦酸鋰電池能量密度目前尚不能滿足乘用車長(zhǎng)距離續(xù)駛里程的需求，但微宏動(dòng)力也一直在做提升鈦酸鋰電池能量密度的努力。“我們已經(jīng)確定了自己的目標(biāo)。開(kāi)發(fā)成功以后，下一代的鈦酸鋰電池能量密度將有一次質(zhì)的飛躍。”
“我們看好鈦酸鋰的前景，也希望行業(yè)內(nèi)都認(rèn)識(shí)到鈦酸鋰動(dòng)力電池的未來(lái)”。
