范未峰:對當前鋰電發展的幾點思考
發布時間:2014年12月03日

       【簡介】2014年11月14日,在成都世紀城天堂洲際大飯店召開的第二屆中國(成都)鋰電新能源產業國際高峰論壇(俗稱“鋰電達沃斯”)上,我公司研究院院長、中國科學院成都有機化學研究所副研究員范未峰博士以《對當前鋰電發展的幾點思考》為題發表了主題演講報告,以下是會議現場的文字實錄。

       各位下午好,非常高興能有這樣一個鋰電的盛會在成都召開。

       從歷史上看,凡是對國家有重大影響的產業,都會在成都四川這個地方發展壯大,并占有重要的一席之地,鋰電也是如此。隨著我們國家對新能源產業的認識越來越深刻,給予的力度越來越大。四川的鋰電雖然起步比較晚,但是現在發展非常快,所以迎來了這樣的盛會我感覺非常好。也很高興有這樣的機會把自己關于鋰電方面的想法跟大家做一個交流。

       考慮到很多參會嘉賓是來自投資企業的,或者是想涉足這個行業的企業家,所以我把原來技術性的報告換成了“對當前鋰電發展的幾點思考”。這個報告中要談下面幾個問題:電池能量密度、電動汽車、儲能電站、安全問題、關于標準、展望等等。



       首先是電池的能量密度,因為鋰電對我們接觸最密切的就是手機、電腦,這個過程中大家就感覺到,隨著手機的發展,電池的使用時間越來越短。其實在這里面,應該看到手機在這些年的變化,從過去的非智能變成了智能手機,從黑白并變成了1080p高清屏,由過去的大哥大變成了很薄的手機。在這個過程中,可以說這樣很苛刻的要求幾乎是在把鋰電池逼上了絕路。但是換一個角度看,我們不要把手機認為僅僅是做鋰電的事兒。從最初的鋰電到今天的鋰電,能量密度已經提高了一倍。但關于電子集成電路方面還沒有革命性變化,它用的CPU還是硅基的,CPU工作電壓還是1.3V。如果把碳納米管、石墨烯等應用到電路上,工作電壓會下降到0.4V,集成電路的能耗便只有現在的5%。在這種情況下,手機待機時間的問題也就解決了。現在手里拿著的iPhone可能一天充一次電,如果換成這個(新型的集成電路)可能二十天充一次。但是現在只能通過增加電池容量增加待機時間,比如圖上這款前不久公布的號稱待機720天的手機。

       第二個問題講一下電動汽車,很多專家都談到了續航里程的問題。其實很多時候續航里程是個謊言,對大數外行人來講汽車時間開得越長越好,但是單談續航里程是有問題的。現在用的交通工具有摩托車、電動自行車、轎車、電動大巴等等。過去常常有人說百公里耗五度電,單單這樣說是沒有任何意義的,“如果一路下坡,耗不了五度電”。從安全隱患上,還有載荷效率,如果一輛車裝載的電池是5噸,那么相當于這輛車始終要帶50個100公斤體重的胖子來回跑,也是個問題。包括電池的成本,電池多了成本更大。從另一個角度來考慮——現在燃油車設計的里程是500公里,那為什么不開發續航里程1000公里的、2000公里的,比如油罐車。實際上500公里,在現在加油站網絡成熟的情況下,能夠滿足我們絕大多數的需要。所以我提出一個觀點,在滿足實用的情況下,續航里程越短越好。如果沒有充電網絡和快充技術的支撐,續航里程也是沒有吸引力的,一輛500公里續航里程的電動車,考慮到他走出去要回來,而且不是直線走,這種情況下它的活動半徑也只有150公里。另外是充電速度的問題,現在燃油車加油幾分鐘就能加滿,但如果換成充電,充十個小時、充兩個小時,意味著過去加油站的面積是不夠的,可能要建十倍以上的加油站面積,才能滿足電動車的需要。而在哪些地方最需要電動車的充電網絡呢?那就是在土地最貴的中心城市,在寸土寸金的城市,在污染嚴重的城市。所以沒有充電網絡和快充技術,談續航里程沒有意義。現在我們講互聯網、物聯網,其實車聯網的時代也是物聯網的一項重要內容。還有一點想說的就是——沒有壽命支撐的續航里程也沒有市場。可以算一個賬,把電動車買回來,一度電的電池,按照現在最便宜的1000瓦時1500元來計算,如果這塊電池只能使用1000次,那么為了買來這個電池,每充一次電要有1.5元的成本。但是反過來如果電池壽命達到10000次,這時候它的使用成本就非常低了。另外就是沒有安全保障的續航里程沒有未來,這些問題有很多了,前不久最“火”的電動車獲得了“冠軍”稱號。

       第三個問題來談一下儲能電站,在過去水資源波動的情況下要建水庫,其實現在的儲能電站也相當于一個電庫。現在各種各樣的發電站,不管是風電站、火電站,發的電如果沒有儲存的容器就只能輸送給用戶,如果用戶不用就白白浪費掉,這是現在電網的現狀——即時產生和即時消耗。在每個家庭里和居民區里如果加上儲能電站,形成分布式儲能系統,既方便上游發電廠產生電能的儲存,也調節了下游客戶多變的使用情況。所以儲能電站是一個安全、成本、壽命和國家戰略多方面考慮的多選。其實國內在熱衷于電動汽車和電動大巴的時候,我們卻看到日本悄悄干起了分布式儲能這個事情,現在每個新建的房屋都加了太陽能面板并配備儲能系統。要求這個儲能系統一是安全,二是要求跟太陽能面板具有一樣的周期(30年)的使用壽命。居民用戶可以將太陽能產生的多余的電可以賣給電網。如果有1戶這樣干、10戶這樣干,沒有用。但當整個地區或國家,每家每戶大多數人都形成了這樣的模式,那么總的效果就很可觀。在這樣的工程實施中,有這樣一個問題,可能第一家安裝的電池,到第十年后其它用戶普及了以后卻壞掉了,因此電池的壽命對這種模式的實現至關重要。所以,當我們還在埋頭發展電動車的時候,日本人卻已經在做這種儲能網絡,可能等五年十年后我們再回頭看的時候,日本儲能項目建設和儲能項目的效果將會給我們帶來非常大的震撼,希望我們能重新審視儲能網絡的意義。

       第四個是安全問題,現在用的電池都是碳負極,充電時形成的是碳化鋰,它跟汽油不一樣。汽油雖然可燃,但是它在空氣中不會自燃,而碳化鋰在空氣中或者遇水就會爆炸。PPT上的這個案例是中央電視臺科教頻道做的一個節目叫《原來如此之奪命電池》,節目中實驗表明,這種常規鋰離子電池的極片遇到水以后會發生直接爆炸,這是引起電池安全的最根本性問題。另外該節目中進行了很多種實驗,包括從手機、充電寶,到電動自行車的電池,分別在擠壓下、過充下,發生了爆炸。當然不是說每次都會發生爆炸,那十次有一次也承受不起。關于鋰電池安全的問題我已經在過去講過很多次,碳化鋰遇到水和空氣燃燒爆炸,這里怎么看待這個問題呢?現在給大家一個數據,從根本上說,只要是電池就一定有能量,但是這個電池在儲存能量的同時,也要用到鋁箔、電解液和隔膜,這些東西遇到空氣以后,都是可燃的。所以我們在這里做了一個計算,不同類型的電池,比如手機電池、飛機上允許帶得最大的是100Wh的電池以及一輛典型電動汽車上的電池。像手機電池是2000mAh,電池儲存電能是27千焦,但在空氣中完全燃燒釋放熱能是337千焦,后者是前者的10倍。也就是說,一塊電池在失控燃燒時釋放的能量是其本身儲存電能的10倍。按照這種思路,一塊2000mAh的手機電池僅僅相當于0.1克的TNT,但一輛典型的電動轎車所攜帶的85度電的電池已經相當于一公斤的TNT,而一輛電動大巴的電池組則相當4到5公斤的TNT。前面我已經說了,這個跟汽油不一樣,汽油漏了不會燃燒,但是這個電池只要漏了,一定會燃燒爆炸。當然了,中國的交通狀況大家都清楚,如果街上有一輛這樣的車發生危險,后果就會很嚴重。

       第五個是關于標準的問題,大家經常講“一流的企業做標準”,我不太認同。現在是理念發展非常迅速的時代,新的材料、新的技術都在不斷發生,在沒有定型的情況下急于做什么標準,是不理智的。舉個例子,過去也有個手機電池的標準GB/T18287-2000《蜂窩電話用鋰離子電池總規范》,按照這種標準中,關于熱沖擊檢驗的指標是150℃下30分鐘,但那時候標準產生的背景是大多數手機電池容量只有500毫安時、600毫安時,而現在都達到了2000毫安時、3000毫安時,如果還用這種測試標準去評價,電池是百分之百是通不過的。直到去年我們才更新了這個標準,但這也意味著2013年新標準出臺前所有大容量的電池都在生產著不符合國家標準的產品。我們的波音787也勇敢嘗試了鋰電池,但是結果也有問題。當時很多人就講,能夠在波音787上用的電池肯定通過了最苛刻的安全測試,但為什么通過了安全測試的電池還會出現問題呢?這說明我們的測試手段、評價標準并不科學和完善。所以不要迷信標準,把東西做好了用上了,自然就是標準。

       最后進行一下展望,借用國際歌中的歌詞——“從來就沒有什么救世主”。不管是材料、電池,大家都愿意用什么六邊形、八邊形去評價,這些希望在六邊形上都占有,但是不大可能。所以這里有一句話“選擇比努力更重要!”如果你想做手機電池,你一定要選擇能量密度高的,你把手機電池的壽命做到30000次,沒有用,因為它不需要那么長。最后,還有一點想說的是——大家知道馬云是今年很熱門的一個人,我想有什么啟發呢?實際上每個人做實業、做事情的人都想成功,都想拿到利潤,但是往往最后成功的是不走尋常路的人,是最初不被大家看好的領域,所以真理真的往往掌握在少數人手中。正如許多人前些年一窩蜂地上磷酸鐵鋰,妄想彎道超車。即使現在確實實現了磷酸鐵鋰在一些領域的應用,但很少人還堅持認為磷酸鐵鋰是新能源鋰電產業的主流技術方案。古詩云:“驀然回首,那人卻在,燈火闌珊處”。所以想要取得技術上的突破,想要成功,就需要有一個顛覆性的別致的思維,就需要有持之以恒的堅持,就需要相信新能源是未來社會必然之路的堅定信念。

       謝謝大家!

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