电池革命为轿车从头界说

在上汽大众新能源汽车生产车间内，工作人员在生产流水线上作业。 新华社记者 丁 汀摄

世界新能源汽车大会展出的不同性能氢燃料电池发动机。本报记者 郭静原摄

充电时间长、用车成本高，电动车靠谱吗？冬天驾驶电动汽车，续航能力明显降低，有好的处理方法吗？报废电池可以无害化处理吗？电池技术革命正对汽车领域产生深刻影响，如何让它为便捷、安全出行保驾护航，专家为您答疑解惑。

电池，已经深度融入我们正常的生活的方方面面。其中，问鼎2019年诺贝尔化学奖的锂电技术在汽车、手机、笔记本电脑等领域大范围的应用。目前，我国新能源汽车市场保有量和增量双双位居世界第一，电动汽车的“油箱”备受关注。那么，电池技术将如何推动汽车产业的进步，让人们出行更加便捷、安全？在中国科协近日推出的“科学麻辣烫”活动上，3位专家聚首，共同探讨电池革命对汽车领域发展的影响。

电池革命是否到来？

说起电池，很多人的第一印象不过是生活中“微”不足道的电子配件。起初，科学界也把电池归为电子元器件类别加以研究开发。而随着电子科技类产品快速普及，人们对能源的需求日益增大，电池的地位水涨船高。

“上世纪，传统化石能源的无序发展和使用导致环境污染严重，新型清洁能源和大规模储能系统成为当前新的发展热点，需要具有优良电化学性能、绿色环保、价格低廉的二次电池来构建‘电力银行’。”北京理工大学材料学院教授陈人杰和记者说，二次电池是新型清洁能源交通的核心技术，5G移动通讯、航空航天等领域都对其安全性、能量密度、环境适应性等性能提出更高要求。

“出不了远门”。生活中，电动汽车的续航问题时常困扰用户。其实，科学家一直致力于提升电池“电力”，从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池，再到现在的锂离子电池，通过理论突破、材料创新，电池的能量密度一直逐步的提升。“与现有锂离子电池相比，锂硫电池的能量密度可以更高。”陈人杰介绍，目前他和研究团队正针对电池能量密度、循环性能、功率特性和安全性等方面逐一提出改进思路和研究策略，希望通过材料的革新真正开发出更优性能的锂硫二次电池体系。

电池革命仅仅发生在材料领域吗？答案显然是否定的。通过合理、高效的充放电管理也能让电池使用更加持久。“动力电池系统的性能不仅取决于单个电池，鉴于其具有的‘木桶效应’和充放电末期的‘扫帚效应’，加强对动力电池组的能量、安全、耐久性管理也很重要。”北京理工大学机械与车辆学院教授何洪文表示。

而伴随着锂电池技术进步，以及整车、电机、电池和电控技术不断完善，使得高性能、长里程电动车成为可能。“长续航里程设计是目前电动汽车性能升级的特征之一。”何洪文举例，北汽纯电动车续航里程由最初的140公里升级到目前的500公里以上，续航里程对电动汽车来说已不是问题。

电动汽车值得买吗？

如今，穿梭在大街小巷的绿牌车慢慢的变多，而与新能源汽车市场一同生长的，还有观望者的疑问。

电动汽车充电时间长？专家表示，技术创新也在推动完善汽车充电方案。不仅有慢充、快充、无线充电等多样化充电解决方案，公众还能通过“换电”的方式实现能源快速补充，有效提升电动汽车驾驶体验。

电动汽车成本高？何洪文不这么认为。他说，“电动汽车的售价可能偏高，但从汽车的购置成本、使用成本和维保成本等全生命周期综合成本来看，以10年为单位计算可以得出：电动汽车的全生命周期成本比传统汽车还要节省约10%”。

还有消费者最关注的安全问题。车辆电池着火消息不时见诸报端，电动汽车还能让大家放心购买吗？“虽然电动汽车暴露出一些安全风险隐患，但可以从安全的动力电池材料体系、动力电池的安全管理方面处理问题。”何洪文说，我国已率先建立新能源汽车三级监管平台，积累了充分的一手数据，努力完善电动汽车的安全性能。

“其中，改进电池的安全性可以从两方面入手：一是电池材料的设计优化和改性，最直接的方法就是对不同电解质材料开展创新；二是改进电池的结构和制备工艺。”对此，陈人杰解释，现有锂离子电池主要仍使用易燃易挥发的有机液态电解液，热稳定性差、易发生安全事故。“而固态电池是二次电池发展的重要方向，它的关键技术是研究开发性能优良的固态电解质，并实现其与电极材料的良好相容——这些工作既是当前研究的热点也是难点，还要求我们持续攻关和创新。”

“汽油车发展经历了130多年历史，消费者对电动汽车也要有耐心，行业各相关方需要从目前暴露出的安全风险隐患着手，解决电动汽车里程、成本和安全等一系列问题。”何洪文认为，电池安全管理技术完善是一个体系化积累的过程，需要对电池开展基于模型和数据的安全在线评估，保证电池的安全；一旦电池发生问题需要开启主动管控，保证车辆安全；利用整车的主动防护设计举措，为极端情况下留出足够的人员逃逸时间，保证人员安全。总之，建立电动汽车安全风险多级管控长效机制，是保证电池状态稳定和车辆安全的关键。

随着科技进步，大数据、云管控、智能化为完善动力电池的安全管理提供了新契机。何洪文表示，通过安全的电池材料体系升级，再辅以智能化的动力电池管理，可以进一步完善动力电池系统的安全性能。同时，随着碳交易政策的推行，电动汽车全寿命周期的成本优势及规模化市场效益还将日益凸显。“车辆电动化是国际公认的发展的新趋势，汽车性能提升导向对新型电池的需求也在逐步的提升，电池技术革命一直在路上。”何洪文表示。

换电池还不如换车？

2013年，北京开始纯电动汽车在私人领域的示范推广，我国首批电动汽车车主诞生。如今6年时间过去，一批又一批车主选择了电动汽车，但是随之而来的是新能源汽车电池面临报废潮，换电池的高昂价格让他们感叹，“换电池还不如换车”。

随着慢慢的变多的电动汽车投入市场，废旧电池的处理成为难题。“2018年，我国报废电池达6000吨左右，3年后的数据会达到20万吨至30万吨，这对工业解决方案的要求特别迫切。”全国废弃化学品处置标准委员会委员林晓说，必须对报废电池资源开展规范回收，防止污染和安全风险。

“电动车报废电池的关键问题在于收集渠道和资源化利用。旧手机、充电宝等电子科技类产品的回收处理尚未建立合规渠道，如何从消费者手中收集电动车报废电池，在解决安全风险隐患的同时又能回收资源，这是未来最大的挑战。”林晓向记者展示了一组数据，一台纯电动汽车的电池从自动化组装到出库最快仅需2分钟，但电动车的电池拆解则需要2名工人操作近8小时；另据统计，我国消耗的锂资源中，来自回收的锂资源占比不到10%，部分电池仍然没有正真获得有效回收利用。

随着锂电池的规模化、高镍化，其价格也慢慢变得低。过去10年中，电池的价格已经降至原来的十分之一，材料溢价的部分日益减少，这在某种程度上预示着电池材料中的金属元素价格已经越发接近电池价格。林晓表示，通过电池回收可以基本实现盈利，但仍需探索更加成熟的工业解决方案。目前，锂离子电池的回收技术在常规消费领域已经存在，但动力电池的材料和系统不一样，亟待进一步研发来处理问题。

“废旧电池的处理不应再走先污染后治理的老路。”陈人杰建议，电池在设计制造源头要选择对环境非常友好的绿色电池材料，同时要兼顾电化学性能，构筑绿色电池体系，通过再设计、再利用、再回收，真正达到电池的绿色指标。（经济日报·中国经济网记者 郭静原）