范未峰:对当前锂电发展的几点思考
发布时间:2014年12月03日

       【简介】2014年11月14日,在成都世纪城天堂洲际大饭店召开的第二届中国(成都)锂电新能源产业国际高峰论坛(俗称“锂电达沃斯”)上,我公司研究院院长、中国科学院成都有机化学研究所副研究员范未峰博士以《对当前锂电发展的几点思考》为题发表了主题演讲报告,以下是会议现场的文字实录。

       各位下午好,非常高兴能有这样一个锂电的盛会在成都召开。

       从历史上看,凡是对国家有重大影响的产业,都会在成都四川这个地方发展壮大,并占有重要的一席之地,锂电也是如此。随着我们国家对新能源产业的认识越来越深刻,给予的力度越来越大。四川的锂电虽然起步比较晚,但是现在发展非常快,所以迎来了这样的盛会我感觉非常好。也很高兴有这样的机会把自己关于锂电方面的想法跟大家做一个交流。

       考虑到很多参会嘉宾是来自投资企业的,或者是想涉足这个行业的企业家,所以我把原来技术性的报告换成了“对当前锂电发展的几点思考”。这个报告中要谈下面几个问题:电池能量密度、电动汽车、储能电站、安全问题、关于标准、展望等等。



       首先是电池的能量密度,因为锂电对我们接触最密切的就是手机、电脑,这个过程中大家就感觉到,随着手机的发展,电池的使用时间越来越短。其实在这里面,应该看到手机在这些年的变化,从过去的非智能变成了智能手机,从黑白并变成了1080p高清屏,由过去的大哥大变成了很薄的手机。在这个过程中,可以说这样很苛刻的要求几乎是在把锂电池逼上了绝路。但是换一个角度看,我们不要把手机认为仅仅是做锂电的事儿。从最初的锂电到今天的锂电,能量密度已经提高了一倍。但关于电子集成电路方面还没有革命性变化,它用的CPU还是硅基的,CPU工作电压还是1.3V。如果把碳纳米管、石墨烯等应用到电路上,工作电压会下降到0.4V,集成电路的能耗便只有现在的5%。在这种情况下,手机待机时间的问题也就解决了。现在手里拿着的iPhone可能一天充一次电,如果换成这个(新型的集成电路)可能二十天充一次。但是现在只能通过增加电池容量增加待机时间,比如图上这款前不久公布的号称待机720天的手机。

       第二个问题讲一下电动汽车,很多专家都谈到了续航里程的问题。其实很多时候续航里程是个谎言,对大数外行人来讲汽车时间开得越长越好,但是单谈续航里程是有问题的。现在用的交通工具有摩托车、电动自行车、轿车、电动大巴等等。过去常常有人说百公里耗五度电,单单这样说是没有任何意义的,“如果一路下坡,耗不了五度电”。从安全隐患上,还有载荷效率,如果一辆车装载的电池是5吨,那么相当于这辆车始终要带50个100公斤体重的胖子来回跑,也是个问题。包括电池的成本,电池多了成本更大。从另一个角度来考虑——现在燃油车设计的里程是500公里,那为什么不开发续航里程1000公里的、2000公里的,比如油罐车。实际上500公里,在现在加油站网络成熟的情况下,能够满足我们绝大多数的需要。所以我提出一个观点,在满足实用的情况下,续航里程越短越好。如果没有充电网络和快充技术的支撑,续航里程也是没有吸引力的,一辆500公里续航里程的电动车,考虑到他走出去要回来,而且不是直线走,这种情况下它的活动半径也只有150公里。另外是充电速度的问题,现在燃油车加油几分钟就能加满,但如果换成充电,充十个小时、充两个小时,意味着过去加油站的面积是不够的,可能要建十倍以上的加油站面积,才能满足电动车的需要。而在哪些地方最需要电动车的充电网络呢?那就是在土地最贵的中心城市,在寸土寸金的城市,在污染严重的城市。所以没有充电网络和快充技术,谈续航里程没有意义。现在我们讲互联网、物联网,其实车联网的时代也是物联网的一项重要内容。还有一点想说的就是——没有寿命支撑的续航里程也没有市场。可以算一个账,把电动车买回来,一度电的电池,按照现在最便宜的1000瓦时1500元来计算,如果这块电池只能使用1000次,那么为了买来这个电池,每充一次电要有1.5元的成本。但是反过来如果电池寿命达到10000次,这时候它的使用成本就非常低了。另外就是没有安全保障的续航里程没有未来,这些问题有很多了,前不久最“火”的电动车获得了“冠军”称号。

       第三个问题来谈一下储能电站,在过去水资源波动的情况下要建水库,其实现在的储能电站也相当于一个电库。现在各种各样的发电站,不管是风电站、火电站,发的电如果没有储存的容器就只能输送给用户,如果用户不用就白白浪费掉,这是现在电网的现状——即时产生和即时消耗。在每个家庭里和居民区里如果加上储能电站,形成分布式储能系统,既方便上游发电厂产生电能的储存,也调节了下游客户多变的使用情况。所以储能电站是一个安全、成本、寿命和国家战略多方面考虑的多选。其实国内在热衷于电动汽车和电动大巴的时候,我们却看到日本悄悄干起了分布式储能这个事情,现在每个新建的房屋都加了太阳能面板并配备储能系统。要求这个储能系统一是安全,二是要求跟太阳能面板具有一样的周期(30年)的使用寿命。居民用户可以将太阳能产生的多余的电可以卖给电网。如果有1户这样干、10户这样干,没有用。但当整个地区或国家,每家每户大多数人都形成了这样的模式,那么总的效果就很可观。在这样的工程实施中,有这样一个问题,可能第一家安装的电池,到第十年后其它用户普及了以后却坏掉了,因此电池的寿命对这种模式的实现至关重要。所以,当我们还在埋头发展电动车的时候,日本人却已经在做这种储能网络,可能等五年十年后我们再回头看的时候,日本储能项目建设和储能项目的效果将会给我们带来非常大的震撼,希望我们能重新审视储能网络的意义。

       第四个是安全问题,现在用的电池都是碳负极,充电时形成的是碳化锂,它跟汽油不一样。汽油虽然可燃,但是它在空气中不会自燃,而碳化锂在空气中或者遇水就会爆炸。PPT上的这个案例是中央电视台科教频道做的一个节目叫《原来如此之夺命电池》,节目中实验表明,这种常规锂离子电池的极片遇到水以后会发生直接爆炸,这是引起电池安全的最根本性问题。另外该节目中进行了很多种实验,包括从手机、充电宝,到电动自行车的电池,分别在挤压下、过充下,发生了爆炸。当然不是说每次都会发生爆炸,那十次有一次也承受不起。关于锂电池安全的问题我已经在过去讲过很多次,碳化锂遇到水和空气燃烧爆炸,这里怎么看待这个问题呢?现在给大家一个数据,从根本上说,只要是电池就一定有能量,但是这个电池在储存能量的同时,也要用到铝箔、电解液和隔膜,这些东西遇到空气以后,都是可燃的。所以我们在这里做了一个计算,不同类型的电池,比如手机电池、飞机上允许带得最大的是100Wh的电池以及一辆典型电动汽车上的电池。像手机电池是2000mAh,电池储存电能是27千焦,但在空气中完全燃烧释放热能是337千焦,后者是前者的10倍。也就是说,一块电池在失控燃烧时释放的能量是其本身储存电能的10倍。按照这种思路,一块2000mAh的手机电池仅仅相当于0.1克的TNT,但一辆典型的电动轿车所携带的85度电的电池已经相当于一公斤的TNT,而一辆电动大巴的电池组则相当4到5公斤的TNT。前面我已经说了,这个跟汽油不一样,汽油漏了不会燃烧,但是这个电池只要漏了,一定会燃烧爆炸。当然了,中国的交通状况大家都清楚,如果街上有一辆这样的车发生危险,后果就会很严重。

       第五个是关于标准的问题,大家经常讲“一流的企业做标准”,我不太认同。现在是理念发展非常迅速的时代,新的材料、新的技术都在不断发生,在没有定型的情况下急于做什么标准,是不理智的。举个例子,过去也有个手机电池的标准GB/T18287-2000《蜂窝电话用锂离子电池总规范》,按照这种标准中,关于热冲击检验的指标是150℃下30分钟,但那时候标准产生的背景是大多数手机电池容量只有500毫安时、600毫安时,而现在都达到了2000毫安时、3000毫安时,如果还用这种测试标准去评价,电池是百分之百是通不过的。直到去年我们才更新了这个标准,但这也意味着2013年新标准出台前所有大容量的电池都在生产着不符合国家标准的产品。我们的波音787也勇敢尝试了锂电池,但是结果也有问题。当时很多人就讲,能够在波音787上用的电池肯定通过了最苛刻的安全测试,但为什么通过了安全测试的电池还会出现问题呢?这说明我们的测试手段、评价标准并不科学和完善。所以不要迷信标准,把东西做好了用上了,自然就是标准。

       最后进行一下展望,借用国际歌中的歌词——“从来就没有什么救世主”。不管是材料、电池,大家都愿意用什么六边形、八边形去评价,这些希望在六边形上都占有,但是不大可能。所以这里有一句话“选择比努力更重要!”如果你想做手机电池,你一定要选择能量密度高的,你把手机电池的寿命做到30000次,没有用,因为它不需要那么长。最后,还有一点想说的是——大家知道马云是今年很热门的一个人,我想有什么启发呢?实际上每个人做实业、做事情的人都想成功,都想拿到利润,但是往往最后成功的是不走寻常路的人,是最初不被大家看好的领域,所以真理真的往往掌握在少数人手中。正如许多人前些年一窝蜂地上磷酸铁锂,妄想弯道超车。即使现在确实实现了磷酸铁锂在一些领域的应用,但很少人还坚持认为磷酸铁锂是新能源锂电产业的主流技术方案。古诗云:“蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处”。所以想要取得技术上的突破,想要成功,就需要有一个颠覆性的别致的思维,就需要有持之以恒的坚持,就需要相信新能源是未来社会必然之路的坚定信念。

       谢谢大家!