在第二天上午舉辦的動力電池技術創新論壇上,中南大學胡國榮教授發表了《下一代動力鋰電池技術研發方向探討》的演講。
圖:中南大學胡國榮教授
以下為根據現場速記整理的講話實錄:
尊敬的各位嘉賓,大家上午好!
我們分幾方面來介紹。
首先看新能源的三大應用領域和場景,一是系統的智能化,二是電動化,三是能源的低碳化。能源低碳化就是電動汽車要用到一些電,電的來源要是低碳的能源,也就是綠色能源。
比如說新能源,光伏發電可以用來充電、或者是家用電器使用。新能源汽車和新能源動力系統,目前主要是3個大的系統,一是混動,二是純電動,混動和純電動現在都是鋰電池,早期的混動有一部分是用電氣電池。還有下一代氫燃料電池。
未來對于新能源的來源,現在是煤電,未來是光伏和風電為主。從圖上可看到(PPT圖示),光伏、風能這兩塊,未來占的比例最大。
未來更多是分布式的系統,比如在一個微網里面,可以用到光伏發電、智能電網。智能電網也要解決儲能的問題,特別是未來的電動車,電動車現在用電,未來的電動車有可能做一個儲能器件,比如說晚上的電用不完就進行儲電,這是雙向的系統。
未來全球的電池方面,會達到TWh,現在的G瓦時大約是10個億瓦時,未來的TWh就是1千個G瓦時,這個規模會很大,很可能2025年就達到這個TWh的規模。
對于鋰電池的發展技術,現在是傳統的鋰電池,當然我們也在做更新的升級。這個升級包括系統的改進,比如說比亞迪提出的刀片電池、寧德時代提出的CTP方案,這些都是鋰電池的升級版。
中國提出了碳中和和碳達峰的整合,未來新能源汽車占的比例會越來越高,到某一個階段,新能源汽車會替代現有的燃油車。
對于燃油車來講需要做的改進就是電動化,目前的電動化有插電式混合電動,電池主要是提升能量密度,比如說特斯拉現在提出大圓柱48650的電池,未來還有固態電池。其他的方面,比如說電機的改進等。燃油電池未來主要是在商業應用。還有未來的智能化,比如無人駕駛。
交通方面的減排措施,汽車要輕量化、智能化,對于節能和新能源汽車我們有一個“1+9”的技術路線圖。
這是我們對新能源應用領域做的介紹(PPT圖示)。下面重點介紹下一代的電池,下一代的電池有3類,固態電池、鈉電池、氫燃料電池。
(PPT圖示)這是固態電解池的模型,未來我們要做全固態的電池,全固態的電池,根據電解池的劃分,劃分為氧化物、聚合物和符合電解池的幾個類型。
固態電池主要的問題,就是安全的問題,這是它的原理圖(PPT圖示),固態電池是用固態電解池來替代電解液,它的安全性和能量密度就能得到提升。
對于未來的產業化,固態電池在2025年就有可能有小批量的市場;2030年,可以達到量產,能量密度達到500瓦時每噸的水平。
固態電池主要是提高安全性和能量密度,特別是續航里程,早期液態電池的續航里程不高,固態電池未來做到1千公里以上是沒有問題的。
固態電池方面,國內的研發機構做了很多的開發,比如寧德時代這樣的公司,他們已經開始做布局。
固態電池產業化路程漫長,因為成本目前很高,還有很多技術難點沒有解決。現在有一些特種的固態電池,比如說在特殊的應用,包括軍事用途,如果不計成本,是可以進行應用。
除了固態電池以外,下一代的電池就是最近非常關注的鈉電池。最近碳酸鋰漲價得非常厲害,價格這么漲,對鋰電發展不利,現在很多的企業,包括寧德時代提出鈉離子電池,也是想打壓碳酸鋰漲價。
鈉離子電池有什么優點?它的儲量很大,資源不受限,鈉成本很低,鈉離子電池制造過程中,負極可以用鋁箔,這方面的成本也會低一些。
總體來講,鈉離子是有很多的優點,當然鈉離子目前最大的問題就是能量密度太低。如果鈉離子在產業化的過程中,鈉離子的正極材料成本比較低,但是輔材成本就比較高,因為它的能量密度太低。如果碳酸鋰回歸到五六萬的水平,鈉離子的成本不占太大的優勢。
鈉離子未來要應用,主要是用在商業的電動大巴,因為鈉離子的能量密度低,商業應用的時候對能量密度不敏感。寧德時代做這些布局,未來碳酸鋰價格還很貴,鈉離子電池會加快產業化。
鈉離子未來最大的應用是在儲能方面,儲能方面的市場非常巨大,太陽能、風能的市場份額很高,要想風能和太陽能能夠平穩上網,就要解決儲能的問題。
除了鈉電池以外,未來最有可能商業化的是氫能,氫燃料電池。電動汽車早期的時候,日本堅持的技術路線是阻燃料電池的路線,中國的規模和成本走得比較快,氫燃料電池沒有我們想象的快,但未來氫燃料電池從環保來講是非常有利的。
氫燃料電池的應用,除了燃料電池的問題,還要解決加氫和儲氫的問題,包括氫的運輸,這都是氫燃料電池的難點。現在我們的每瓦時3塊錢、5塊錢,未來降到1瓦時1塊錢還是有可能的。2030年、2050年氫能量的規模也會達到百萬規模。
下面再介紹傳統鋰電池改進。
傳統的鋰電池主要是兩個方面,一是能量密度的改進,二是安全性的改進。能量密度的改進,我們現在做了很多的工作,一是電芯,二是電池系統,鋰電池的能量密度基本上能夠解決,比如說比亞迪最近推出八合一的系統,號稱達到1千公里的續航里程,可以做到2.9秒的百公里加速,這些問題,隨著技術的進步,傳統的鋰電池也在做一些提升。
從電芯能量密度的提升和系統的提升,未來鋰電池的能量密度、安全性都會有很大的改進。比如說安全性的問題,這里面有比亞迪的刀片電池,還有寧德推出的永不起火的電池等等。
安全性的改進,我相信未來會有很大的提升,特別是磷酸鐵鋰電池,會達到安全的水準。
這是總結,因為時間關系,我就不報告了,分享就到這里,謝謝大家!