黃學杰：論鋰離子電池對我國的電動客車的重要性

   鋰電世界  在2008年北京奧運會期間，50輛純電動的大巴在奧運村投入運營，這是電動客車在我國最早的大規模應用，也是國際上第一次大規模應用鋰電池電動大巴。時至今日，電動客車得到了更加豐富的發展，主要包括純電動客車及插電/增程式混合動力客車兩個方向。其中，純電動客車的技術模式還包括電池快換模式、整車快充模式、整車慢充模式、雙源制在線充電模式等。
 
　中國科學院物理研究所實驗室研究員黃學杰向記者介紹說，雖然由于政策、技術及市場因素的影響，當前我國的電動客車以插電/增程式混合動力客車為主，但純電動客車的技術模式也在不斷的發展過程中。奧運會上的電動巴士采用的是電池快換技術，目前，在上海、重慶等一些地區應用的是整車快充模式，但整車慢充模式的應用范圍相對更廣一些。除了這些，雙源制在線充電模式的技術也正處于快速的發展過程中。

中國科學院物理研究所實驗室研究員黃學杰

    “無論采用哪種模式的電動客車技術路線，電池的作用都是不容忽視的。”黃學杰表示，不同的技術模式，對電池的要求也是有差異的。比如雙源制在線充電模式，這種技術路線就對電池的壽命提出了更高的要求。那么，現在我國電動客車的電池發展情況如何？在“十三五”期間，電池的發展方向是什么？
 
　鋰離子電池支撐著我國的電動客車的發展
 
　目前，在我國無論是插電式客車、純電動客車還是雙源制電動客車，鋰離子電池毫無疑問都是“主角”，我國的電動汽車電池還局囿于鋰離子電池的發展階段。

　鋰離子電池的工作原理是依靠鋰離子在正極和負極之間移動來工作，即在充放電過程中，Li+在兩個電極之間往返嵌入和脫嵌。一般采用含有鋰元素的材料作為電極，因為很多材料都可以被用來做鋰離子電池，所以鋰離子電池的種類和用途有很多。要想滿足動力電池的材料，需要滿足以下兩個條件：首先就是電池安全系數要高，其次由于車用電池用量較大，因此材料的成本要低。在考慮這兩個條件之后，能夠做汽車電池的材料只有錳酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料、高壓鋰鎳錳尖晶石等。
 
　黃學杰說：“在所有適用材料中，磷酸鐵鋰的鋰電池支撐了目前我國新能源汽車的示范運營。雖然磷酸鐵鋰在一些方面存在不足，但它具有安全性高、壽命長、成本相對較低等特點，另外，由于國際上在磷酸鐵鋰的專利保護方面對中國‘網開一面’，因此給了中國的磷酸鐵鋰鋰電池的產業發展提供了機遇。在我國的電池產業和制造水平較低的階段，酸鐵鋰鋰電池維持了我國包括電動客車在內的大規模電動汽車的運營。”
 
　當前，在我國的純電動客車品牌中，中通純電動LCK6660EVG采用的就是磷酸鐵鋰電池。經過市場的反饋，該電池類型具有充、放電效率高，安全性高、耐高溫性好等優點。另外，宇通純電動客車E系列包括E7、E8、E10、E12等從7米到13米的全系列純電動公交，其采用的是國內著名的電池生產商ATL的電池，也是磷酸鐵鋰電池技術路線。
 
　除了中通和宇通，海格KLQ6129GEV純電動城市客車采用的也是鋰離子電池組，具有較好的動力性，充電4～5小時即可行駛180公里以上，采用集中快速更換電池的方案，完全可以滿足城市公交客車的需要。
 
　根據不同電動客車技術模式，選擇不同材料構成電池
 
　鋰離子電池作為目前電動汽車電池的主力軍，其適用并不是一概而論的。例如，用到混合動力客車上，則需對其正負極材料進行調整。目前，鋰離子電池的正極材料多采用鋰鐵磷酸鹽，負極材料多采用石墨，這種構成會影響電池的快充性能。因此，對快充客車或者雙源制客車，其鋰離子電池的負極就應該加上一半以上的硬碳材料，則充電性能則會得到大規模的提升。
 
　市場上，大金龍純電動公交XMQ6661AGBEV1就是快充鋰電池，采用快速充電方式，單次充電里程100km，15min充滿，實際使用單趟或者來回一趟充電一次，充電5-7min。鋰電池壽命長達6-8年，因此在整車生命周期中無需更換。
 
　“面對不同車輛的應用需求，我們應該調節電池的正極與負極的材料，以滿足其實際的充電需求?！秉S學杰表示，“目前國際上也有成功的案例，通過正負極材料的調整，讓電池的充放電滿足了混合動力客車的需求。”
 
　除了對電池材料的合理調配，目前，由金旅首創的以超級電容儲能的混合動力系統和以超級電容與鋰電池復合儲能的混合儲能方式也已得到行業的認可，并在市場上得到廣泛推廣，其純電動考斯特車型XML6700JEV更是得到了市場的良好反應。
 
　電池應用環境“熱管理”可影響電池壽命
 
　黃學杰介紹，電池的性能會受到電池應用環境的影響。法國一家著名的電池公司曾對電池應用環境進行測試，在常溫下進行6000次的循環，電池的容量仍可達到80%，但如果溫度提升到45度，進行1000次左右的循環，容量就會掉到80%，循環到2000次左右，就會降到70%。
 
　2008年左右，我國就在磷酸鐵鋰電池在取得了技術上的突破，產品也逐漸走向成熟并走向國際市場。但經過多年的發展，一些電動客車對電池的應用仍沒有達到最佳的水平，其中一個最重要的原因沒有進行恰當的熱管理控制。
 
　目前國內有很多電動客車，尤其是純電動大巴，運營的環境溫度較高，但沒有進行合理的熱管理。三年使用時間過后，磷酸鐵鋰電池的容量基本上就剩下60%左右，有的甚至更低。這也影響了純電動大巴在用戶心中的形象，造成推廣上的困難?！傲姿徼F鋰電池只有在通過嚴格的管理控制好最高工作溫度的情況下，才能給真正滿足純電動大巴的需求?！秉S學杰表示。
 
　“十三五”期間，多項舉措促進電動汽車電池的發展
 
　合肥國軒高科動力能源股份有限公司總經理方建華認為，目前以國軒為代表的量產型動力電池企業，技術水平穩定，已經基本做到了滿足當前客車與公交運營的需求。方建華介紹，國軒以“量產應用”促“技術發展”，同時量產應用也對電池的可靠性、一致性、穩定性、安全性形成了最好的檢驗。
 
　當然，動力電池作為新興高科技產業，技術發展面臨著更多提升空間或發展挑戰。“現在整車企業、運營客戶不斷對電池提出更高的要求，這是電池技術進步的動力。我們相關企業要在此基礎上，將成本控制與實用價格進行有效協調，促進新能源客車產業化的進程。”方建華表示。
 
　“十三五”規劃期間，國家對電動客車電池的發展目標是減少電池磚，提升電池利用率，發展高功率長壽命的電池。黃學杰介紹，目前我國的高功率長壽命的電池的比能量可達到50Wh/kg，部分技術已可達到100Wh/kg。預計到2020年，乘用車的電池比能量可達到300Wh/kg，而客車動力電池將達到150Wh/kg。高功率、長壽命電池的發展，將對新能源客車的發展產生積極的影響。
 
　黃學杰還透露，在財政部專項資金的支持下，“十三五”期間，中國科學院物理研究所將建立國家電池綜合分析測試平臺。這一平臺將對全球開放，面向各種研究機構、企業等的電池產品。這樣，將會更好的把脈各國的電動汽車的電池發展水平，尤其是對我國的電動汽車電池的發展將起到積極的促進作用。
 
　動力電池制造工程化能力，包括制造裝備與工藝能力是決定一個國家電池發展水平的基礎?！皠恿﹄姵禺a業化的工藝和裝備一直是我國產業發展的短板，過去為了生產好電池，就必須從國外進口相關生產設備，不僅提高了電池成本，還為規?；a帶來困難?！秉S學杰表示，“十三五期間，除了測試平臺的建立，相關部門還將加大動力電池工藝和裝備的研究水平。目前在工信部和財政部的支持下，中國科學院工業技術研究院已建立了電池工藝和裝備研究平臺，更好的服務我國的動力電池產業?！?BR> 
　除了國家的努力，企業也在做著不懈的改進。方建華介紹，隨著市場競爭的加劇，動力電池供應將呈現集約化趨勢，規模化經營、量產以及成本控制能力的競爭會越來越強。目前國軒已經建立了系統的技術研發體系，完善了工藝設備定制，達到生產一代、儲備一代、研發一代的目標，保證電池研發技術持續可靠進步，制造工程能力的持續提升。
 
　在既有的電池發展水平的基礎上，“十三五”規劃對電動汽車尤其是電動客車電池的重視，以及像國軒這樣企業的自身的努力，將為我國動力電池的發展迎來新的“春天”。我們相信，“十三五”期間，客車電池將迎來發展的成熟期，同時我國的純電動客車也將迎來新一輪的發展熱潮。