目前，我國(guó)新能源汽車市場(chǎng)上的純電動(dòng)汽車搭載的動(dòng)力電池，大多數(shù)為三元鋰材料或磷酸鐵鋰材料電池。盡管相比鉛酸和鎳氫電池，能量密度已經(jīng)有了極大的提高，但是依然難以破解消費(fèi)者的里程焦慮困擾。毫無(wú)疑問(wèn)，現(xiàn)階段阻礙新能源汽車產(chǎn)業(yè)化的主要因素是動(dòng)力電池技術(shù)瓶頸。但是，現(xiàn)階段電池增容存在困難，減重是一條可行的辦法。
■鋰離子電池密度還能提高嗎
現(xiàn)在，無(wú)論是三元鋰材料電池還是磷酸鐵鋰電池，基本由四大關(guān)鍵部分組成，即正極、負(fù)極、電解液和膜。一位不愿透露姓名的電池研究專家向記者表示，現(xiàn)在基于這四種組成部分的鋰電池，再提高能量密度并做到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，可能性不大。事實(shí)上，2020年動(dòng)力電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg，現(xiàn)在距離2020年還有5年時(shí)間，但可以產(chǎn)業(yè)化的下一代動(dòng)力電池還沒(méi)有浮出水面。
上海市機(jī)動(dòng)車檢測(cè)中心副主任繆文泉認(rèn)為，提高動(dòng)力電池比能量的技術(shù)途徑有很多：一是工藝進(jìn)步，如今電池工藝設(shè)計(jì)已相對(duì)成熟，提高電池比能量的空間不大；二是材料性能的提升，受制于自身物化性能，以磷酸鐵鋰和三元鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動(dòng)力電池在能量密度上很難有大的突破；三是新材料、新體系，即開(kāi)發(fā)高比能新材料、發(fā)展動(dòng)力電池新體系是未來(lái)動(dòng)力電池比能量大幅度提升的主要途徑。“一項(xiàng)新技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向應(yīng)用，往往要經(jīng)歷很多年的時(shí)間。”繆文泉表示。他認(rèn)為，2020 年并不是一個(gè)遙遠(yuǎn)的未來(lái)，目前還沒(méi)有看到任何確定性的解決方案，能達(dá)成上述目標(biāo)的新一代動(dòng)力電池體系屈指可數(shù)。他透露，目前日韓正在研究膠體電池，這是一種沒(méi)有電解液和隔膜的新型電池，有可能給電池帶來(lái)質(zhì)變，但是現(xiàn)在還沒(méi)有產(chǎn)業(yè)化的消息。
■為電池減負(fù)是可行方式
如果現(xiàn)階段不能有效地提高電池能量密度，那么是不是可以考慮從給電池包整體減重的角度去提高能量密度呢？業(yè)內(nèi)人士告訴記者，這個(gè)思路完全可行。動(dòng)力電池電池包中，電芯的重量一般占比在1/3-2/3之間，其余部分為電路板、殼體等配件。如果將這些配件的重量有效降低，同時(shí)維持現(xiàn)有電芯能量密度，電池包整體的能量密度會(huì)有一個(gè)明顯的提高。
在2010年前后，動(dòng)力電池包因?yàn)榘踩刃枰?，往往采用金屬外殼，電池包整體能量密度很低。后來(lái)更換高聚合物外殼后，能量密度有了大幅提高。張旻昱表示，電池包能量密度是一個(gè)系統(tǒng)問(wèn)題，提高電芯能量密度是一個(gè)直接手段，但是做好電芯的布置，電路的規(guī)劃，減輕殼體重量，為電池減負(fù)，也是提高電池能量密度的一個(gè)有效手段。
在實(shí)際應(yīng)用中，記者了解到北汽新能源EV200車型的電池箱下箱體使用鋁合金材料，上蓋采用復(fù)合材料，能夠有效減重幾十公斤。北汽新能源副總經(jīng)理王可峰表示，通過(guò)降低電池整體重量，可以實(shí)現(xiàn)整車減重，是提升電池箱能量密度的一個(gè)有效手段。另外他表示，更換更輕材料一般都會(huì)導(dǎo)致電池成本的上漲，現(xiàn)在北汽新能源也在加緊這方面的研究，爭(zhēng)取應(yīng)用更輕更強(qiáng)成本更低的材料。
■未來(lái)新電池研發(fā)與減重并行
根據(jù)國(guó)務(wù)院頒布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》中提及的目標(biāo)，今年動(dòng)力電池模塊的能量密度達(dá)到150Wh/kg(折算成單體電池，其能量密度大約需要達(dá)到170-190Wh/kg)，至2020 年動(dòng)力電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg(對(duì)應(yīng)的單體電池能量密度至少達(dá)到330Wh/kg以上)。
業(yè)內(nèi)人士表示，為了達(dá)成300Wh/kg 的目標(biāo)，研發(fā)新電池與電池包減重需要并行。她介紹，動(dòng)力電池因?yàn)檠b配在汽車之上，需要經(jīng)過(guò)各種工況的測(cè)試，要保證一定的結(jié)構(gòu)安全。將鋼殼換成碳纖維殼或其他材料的外殼，只要能保證強(qiáng)度要求，完全可行。電池包另一項(xiàng)重要指標(biāo)是散熱與均熱能力。如果電池組局部過(guò)熱，會(huì)導(dǎo)致電池內(nèi)阻不一致，電芯放電容量下降，那些放電不充分的電芯從某種意義上說(shuō)，為電池包增了重。“電池包能量密度達(dá)到300Wh/kg，光靠為電池減重可能是無(wú)法達(dá)到的，但是動(dòng)力電池作為一個(gè)系統(tǒng)，這方面的作用不容忽視。”上述人士說(shuō)。中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)王賀武表示，在動(dòng)力電池的制造上，中國(guó)并不落后外國(guó)同行。但是國(guó)內(nèi)企業(yè)比較缺乏基礎(chǔ)性研究，過(guò)度追求高比能量電芯，應(yīng)該均衡發(fā)展，在研發(fā)新型材料電池的同時(shí)，重視對(duì)現(xiàn)有電池體系的減重。
電池減重依賴產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程
電動(dòng)汽車動(dòng)力電池現(xiàn)在售價(jià)比較昂貴，以北汽新能源EV200為例，電池成本幾乎占據(jù)整車成本的一半左右。如果在此基礎(chǔ)上，更換輕型材料，成本還會(huì)上漲。這是很多整車廠暫時(shí)沒(méi)有采用新型材料的最大原因。另外，新型材料是不是能為消費(fèi)者接受，也是整車廠需要考慮的一個(gè)問(wèn)題。在純電動(dòng)汽車使用成本比較低的情況下，消費(fèi)者對(duì)輕型材料的需求并不高，也從另一個(gè)方面制約了輕型材料的應(yīng)用。
從短期內(nèi)看，為電池“減負(fù)”有點(diǎn)費(fèi)力不討好。部分整車廠負(fù)責(zé)人向記者反映，如果產(chǎn)業(yè)鏈比較成熟，新能源汽車產(chǎn)銷量進(jìn)一步放大，新型材料才有可能大量使用。對(duì)于半年銷量只有7萬(wàn)余量的新能源汽車來(lái)說(shuō)，這確實(shí)是大實(shí)話。一位業(yè)內(nèi)專家給記者講過(guò)一個(gè)他自己的經(jīng)歷就很說(shuō)明問(wèn)題。
這位專家從事新能源汽車的研究工作，所以購(gòu)買了一輛電動(dòng)汽車使用。在一次倒車時(shí)，不小心撞上了墻，后保險(xiǎn)杠和后車窗損壞。他把車送回4S店維修，本以為一個(gè)星期就能修好，結(jié)果等了一個(gè)月才修好。維修費(fèi)也嚇了他一跳，維修保險(xiǎn)杠和后車窗竟花費(fèi)1萬(wàn)多元。專家很不解，向4S店咨詢，被告知因?yàn)檎噺S產(chǎn)量不高，沒(méi)有配件，一個(gè)月里大部分時(shí)間在等配件。另外因?yàn)榕浼浅ＹF，維修費(fèi)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出傳統(tǒng)汽車。專家最后感嘆：“都是因?yàn)榱可侔 ?rdquo;
電池減重需要產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速，其實(shí)放大到整個(gè)新能源汽車而言，也同樣依賴產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的提速。今年上半年，新能源汽車市場(chǎng)產(chǎn)銷兩旺。按照這種勢(shì)頭，今年全年銷量有望突破20萬(wàn)輛。在這樣一個(gè)量級(jí)上，產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)進(jìn)一步成熟，零部件成本有望進(jìn)一步下降。
就目前情況來(lái)看, 小批量的示范運(yùn)營(yíng)和大規(guī)模的市場(chǎng)化運(yùn)營(yíng)中間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)量累加。車企要加大研發(fā)投入盡快實(shí)現(xiàn)技術(shù)的進(jìn)步，突破技術(shù)的門檻和壁壘，提升續(xù)駛里程，快速攤薄成本，最終實(shí)現(xiàn)幼稚產(chǎn)業(yè)在最短的時(shí)間內(nèi)成長(zhǎng)和成熟起來(lái)。
條條大路通羅馬
從目前看，提升動(dòng)力電池能量密度的方法比較有限，除了研發(fā)新型電池以外，無(wú)外乎增加正極活性物質(zhì)的重量和減少電池組配件重量?jī)煞N方法。對(duì)前一種方法而言，能夠直接增加電池能量，但是帶來(lái)的問(wèn)題也比較多，如安全性的下降和局部過(guò)熱問(wèn)題。后一方法效果雖然不那么直觀，但是也能達(dá)到第一種方法的目的。
減輕配件重量但不能降低配件的強(qiáng)度。從現(xiàn)在電池研發(fā)的情況看，我國(guó)在這方面的研究和應(yīng)用比較滯后。在材料學(xué)的研究上，我們必須承認(rèn)和國(guó)外還有一定的差距，尤其是在基礎(chǔ)研發(fā)上。另外，用更輕的材料替換原有較重的材料，普遍面臨成本上漲的問(wèn)題。在動(dòng)力電池已經(jīng)很昂貴的情況下，整車廠采用這種方法的可能性不大。
但是，從國(guó)外研究的成果看，尋找一種強(qiáng)度大、重量輕且成本低的材料是可能的。前段時(shí)間，沃爾沃汽車宣布電動(dòng)汽車電池輕量化進(jìn)入實(shí)用化測(cè)試階段，沃爾沃表示，新電池材料成本更低，也更加環(huán)保。如果將目前的電動(dòng)車電池全部更換成這種新型材料，可以減低車重超過(guò)15%，效果是顯而易見(jiàn)的。
通過(guò)電池的重新排列布置也是提高系統(tǒng)能量密度的有效手段之一。例如通過(guò)對(duì)電芯尺寸的研究設(shè)計(jì)，與整車布置相匹配，更高效放置更多的電池，從而使電池箱體積不變，增加電芯數(shù)量，實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的續(xù)駛里程。總之，提高電池能量密度，完全可以通過(guò)各種方法去實(shí)現(xiàn)。
除了要長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃之外，汽車企業(yè)眼下的當(dāng)務(wù)之急是研發(fā)出更可靠、經(jīng)濟(jì)的輕量化材料。在電池技術(shù)面臨瓶頸的時(shí)期，多從輕量化的設(shè)計(jì)理念思考是電動(dòng)汽車技術(shù)革命的一個(gè)重要推力。無(wú)論未來(lái)新型電池是由何種材料構(gòu)成，組成電池包的材料基本可以通用，短期看可能收益不大，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)，這種基礎(chǔ)性研究不會(huì)徒勞無(wú)功。