歐陽(yáng)明高院士：鋰離子電池仍將可能是動(dòng)力電池主流技術(shù)

　　中國科學(xué)院院士、中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )執行副理事長(cháng)歐陽(yáng)明高在日前召開(kāi)的中國電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì )論壇(2019)上表示，鋰離子電池仍具有成為動(dòng)力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但安全性尤為重要。

　　歐陽(yáng)明高認為，從車(chē)用角度看，最重要的是體積能量密度而不是重量能量密度。鋰硫電池、鋰空氣電池，雖然理論重量能量密度比較高，但體積能量密度目前還很難超越鋰離子電池。因此，他認為鋰離子電池具有成為動(dòng)力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但瓶頸是高比能量動(dòng)力電池的安全性。

　　他認為，2018年出現的新能源汽車(chē)安全事故，搭載電池大多是2016年左右生產(chǎn)的NCM523體系電池。而隨著(zhù)高鎳材料的大規模應用，電池的熱穩定性將會(huì )變得越來(lái)越差，未來(lái)車(chē)輛安全性風(fēng)險將會(huì )進(jìn)一步加大，因此必須采取手段來(lái)預防安全性問(wèn)題。

　　以下為歐陽(yáng)明高發(fā)言全文：

　　尊敬的萬(wàn)鋼主席、苗圩部長(cháng)、陳清泰理事長(cháng)，各位同行，大家下午好!我介紹一下中國新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)的展望。

　　我國新能源汽車(chē)技術(shù)路線(xiàn)經(jīng)過(guò)了長(cháng)時(shí)間的演變，從節能與新能源汽車(chē)到純電驅動(dòng)技術(shù)轉型戰略，再到新能源汽車(chē)強國戰略。2018年11月，全國政協(xié)召開(kāi)了“雙周座談會(huì )”，一些委員提出了一些新的建議，提出要面向2035年制定新能源汽車(chē)發(fā)展規劃。我們首先從技術(shù)角度來(lái)展望一下未來(lái)的發(fā)展，我就純電動(dòng)力、混合動(dòng)力、燃料電池以及電動(dòng)化和新能源融合四個(gè)方面做一下展望。

　　第一，純電動(dòng)力的技術(shù)展望。

　　自2008年鋰離子動(dòng)力電池應用于電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)10年，實(shí)際裝車(chē)產(chǎn)品的能量密度提高了2.5倍，實(shí)現了蓄電池領(lǐng)域百年來(lái)革命性的突破。2020年我們的目標是300瓦時(shí)/公斤，這是全球的共同目標，而中國也已經(jīng)完全做好了準備。

　　從車(chē)用角度看，最重要的是體積能量密度而不是重量能量密度，鋰離子電池在這個(gè)方面是最具優(yōu)勢的，現在的鋰硫電池、鋰空氣電池，雖然理論重量能量密度比較高的，但體積能量密度目前還很難超越鋰離子電池。在這個(gè)方面，我們認為鋰離子電池具有成為動(dòng)力電池主流技術(shù)的潛質(zhì)和前景，但瓶頸是高比能量動(dòng)力電池的安全性。2018年出現了一些安全事故，這些事故車(chē)輛使用的電池基本上是在2016年左右生產(chǎn)的，大概是NCM523體系。隨著(zhù)高鎳的應用，電池的熱穩定性將會(huì )變差，未來(lái)安全性風(fēng)險會(huì )更大，所以必須采取手段來(lái)預防安全性問(wèn)題。

　　首先，當前鋰離子電池從單體層面完全杜絕熱失控是不太現實(shí)的，我們可以從電池系統的熱機電設計與控制設計來(lái)防止誘發(fā)和蔓延，即便單體出現熱失控也不會(huì )發(fā)生事故。

　　其次，從改善電池本身安全性出發(fā)，要發(fā)展新型的固態(tài)電解質(zhì)電池。最近我們與日本專(zhuān)家討論，日本為應對中國和韓國電池產(chǎn)業(yè)的崛起，舉全國之力研發(fā)下一代固態(tài)電池，每年政府經(jīng)費達到50-100億日元。美國和歐洲原有的電池產(chǎn)業(yè)是比較薄弱的，他們也在全力開(kāi)發(fā)新一代固態(tài)電池，以實(shí)現超越。中國電池產(chǎn)業(yè)雖然暫時(shí)取得優(yōu)勢，但國際競爭壓力巨大，需要全力追趕固態(tài)電池前沿技術(shù)。當前國內也有一些固態(tài)電池，但還不是全固態(tài)電池，全固態(tài)電池大規模商業(yè)化估計在2025-2030年(后以后)才會(huì )真正實(shí)現，需要我們持續的努力。

　　根據國內外的形勢，“十三五”新能源汽車(chē)總體專(zhuān)家組提出了路線(xiàn)圖的展望?？傮w看，電池正極發(fā)展方向是減鈷到無(wú)鈷，負極將是加硅，硅的含量將逐步提升，甚至是全硅。電解質(zhì)要減少有機溶劑，逐步提高鋰鹽的濃度，但是未來(lái)可能要開(kāi)發(fā)全固態(tài)電解質(zhì)，但是全固態(tài)電解質(zhì)目前還有很多技術(shù)瓶頸需要克服，需要逐步開(kāi)展。

　　除了電池，大家目前關(guān)注的可能是續駛里程，解決了電池并不能解決續駛里程的全部問(wèn)題，目前續駛里程已經(jīng)從150公里提高到普遍300公里以上，但是客戶(hù)的抱怨并沒(méi)有減少，因為實(shí)際的續駛里程低于期望值。我本人也是電動(dòng)車(chē)的用戶(hù)，我深有感觸，實(shí)際的續駛里程對氣溫和駕駛風(fēng)格是非常敏感的?？吭龃箅姵匮b載量來(lái)增加續駛里程不是根本出路，主流技術(shù)路線(xiàn)是提高電動(dòng)汽車(chē)能效和充電便利性。

　　首先，在能效方面，高效電驅動(dòng)系統的技術(shù)變革將會(huì )在未來(lái)5年發(fā)生，即電機驅動(dòng)系統高速化、高效化、小型化，現在轉速能夠達到1.8萬(wàn)轉/min，未來(lái)可能會(huì )到2萬(wàn)轉/min;電機的體積、重量逐步減少，由于電機材料成本下降，電機成本也會(huì )下降。

　　其次，以碳化硅為代表的新一代高頻、高效電力電子將普遍使用，這也將會(huì )支撐高速電機的發(fā)展，使電機向小型、高效、低成本方向發(fā)展。據了解，美國能源部最近提出，面向2025年極具挑戰性的目標：電機達到50千瓦/L，電機控制器100千瓦/L。這個(gè)目標如果實(shí)現，將對電動(dòng)車(chē)產(chǎn)生革命性的影響。

　　另外是熱管理，新一代熱泵空調技術(shù)已經(jīng)取得重大突破，并開(kāi)始產(chǎn)業(yè)化推廣，現在已經(jīng)有企業(yè)裝車(chē)，這會(huì )降低對氣溫的敏感性，使冬季低溫環(huán)境下續駛里程的損失比現在降低2/3，從30%降到10%。還有就是整車(chē)能效優(yōu)化集成技術(shù)的突破，可以說(shuō)電耗是整車(chē)集成技術(shù)水平最重要的指標，電動(dòng)車(chē)的節能比燃油車(chē)更重要，應該采用法規來(lái)管理。日產(chǎn)聆風(fēng)是一個(gè)標桿車(chē)型，小型車(chē)NEDC工況接近10度電/百公里，裝載40-60度電可以行駛400-500公里，降低了電池的裝載量。

　　再一個(gè)就是充電的便利性，一是充電體系的建設，二是快充技術(shù)的突破。中國是220伏的電壓，非常適合小功率慢充?，F在應該盡量使家用轎車(chē)都配置慢充樁，這將成為主體的供電模式，未來(lái)成為能源互聯(lián)網(wǎng)的終端節點(diǎn);10-15分鐘的快速充電是必備的，但快充的定位是應急，不是主體充電的模式，快充占比大概承擔15-20%?，F在的350千瓦直流快充和換電代價(jià)都太大了，還不理想。預計今后5-7年，新一代與儲能結合、安全可靠的快充技術(shù)將會(huì )出現，這一塊創(chuàng )新空間很大。

　　面向未來(lái)，我們對電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)化路線(xiàn)圖做一個(gè)簡(jiǎn)單展望。國內外研究顯示，2025年電池系統的價(jià)格將會(huì )達到100美元/千瓦時(shí)左右，其實(shí)我國的磷酸鐵鋰會(huì )提前達到?；谌芷诘某杀?，計算燃油汽車(chē)的價(jià)格和全生命周期的費用，燃油車(chē)和電動(dòng)汽車(chē)將會(huì )持平，另外最嚴格的排放法規即將實(shí)施，燃油機的成本將會(huì )上升，拐點(diǎn)即將到來(lái)。我們認為在2025年左右，純電動(dòng)汽車(chē)性?xún)r(jià)比會(huì )實(shí)現大的突破。

　　特斯拉進(jìn)入中國，這是當前對純電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)最重大的事件。應該說(shuō)，特斯拉的純電動(dòng)戰略正在趨于成熟，它會(huì )帶來(lái)重大的機遇和挑戰。Modle3作為一個(gè)標桿車(chē)型，是特斯拉最成功的一個(gè)車(chē)型，也是全面進(jìn)入家庭的一個(gè)車(chē)型，現在每個(gè)月量產(chǎn)2萬(wàn)臺以上，尤其可貴的是它全面升級了動(dòng)力系統的核心技術(shù)，包括電池、電機和智能化技術(shù)?？傊?，市場(chǎng)的開(kāi)放和技術(shù)競爭將會(huì )加強技術(shù)創(chuàng )新，加速市場(chǎng)推廣，加快成本下降。所以純電動(dòng)不是收縮和退出，而是抓住機遇，直面挑戰。

　　第二，混合動(dòng)力技術(shù)展望。

　　混合動(dòng)力一般來(lái)講是比較復雜的，尤其是對于非汽車(chē)、非發(fā)動(dòng)機行業(yè)人來(lái)說(shuō)，容易混淆。首先是常規混合動(dòng)力，即不可充電的混合動(dòng)力，日本豐田、本田、日產(chǎn)分別開(kāi)發(fā)了代表性的深混技術(shù)，引領(lǐng)了國際常規混合動(dòng)力的潮流。但我們也看到去年以來(lái)，日本試產(chǎn)串聯(lián)式的日產(chǎn)E-power的銷(xiāo)量和油耗可以跟普瑞斯的功率分流產(chǎn)品相媲美，這說(shuō)明我們不一定要走功率分流的路線(xiàn)，對中國來(lái)講串聯(lián)相對簡(jiǎn)單。

　　另外就是可以外界充電的混合動(dòng)力，我們叫插電式混合動(dòng)力。插電式混合動(dòng)力分成兩個(gè)階段，在電量維持階段是常規混合動(dòng)力。但充完電之后，率先使用的是電池，這一段非常重要。這要分為兩個(gè)部分，一是純電型插電式，就是全部用電，在充滿(mǎn)電之后的第一階段就是純電動(dòng)，但是還有部分是混合型插電，前面仍然是混合動(dòng)力，比如20公里純電續駛里程的普銳斯第一代插電混合就屬于這種。我們認為，純電插電混合動(dòng)力在城區短途用電，高速、長(cháng)途用油，根據中國的乘用車(chē)出行特征，可以省油80%以上，這是中國優(yōu)勢的技術(shù)路線(xiàn)，這是我國政府規定50公里以上的純電續駛里程政策帶來(lái)的一個(gè)紅利。如果將純電型的插電混合動(dòng)力按功能和結構分開(kāi)分析，其實(shí)有九類(lèi)混合動(dòng)力，純電型混合動(dòng)力既可以串聯(lián)、并聯(lián)，也可以混聯(lián)。根據中國對的增程式定義，實(shí)際上是串聯(lián)的純電型插電混合動(dòng)力，是純電插電混合動(dòng)力中的一類(lèi)。中國可能主要是并聯(lián)和串聯(lián)兩種，混聯(lián)不會(huì )成為主流。

　　比較這兩種方式發(fā)現，在混合動(dòng)力模式下，并聯(lián)純電型相較于串聯(lián)純電型，具有成本和動(dòng)力優(yōu)勢，國內領(lǐng)先企業(yè)正在著(zhù)力探索低成本的純電并聯(lián)式插電混合動(dòng)力，我認為這是一個(gè)非常值得關(guān)注的具有中國優(yōu)勢的技術(shù)路線(xiàn)。而且可以抗衡國外深度混合動(dòng)力的常規混合動(dòng)力。在成本上，由于并聯(lián)單電機代替雙電機，綜合油耗較常規混合動(dòng)力更大，從40%到80%，在成本上可以跟常規混合動(dòng)力競爭。這能夠解決中國長(cháng)期以來(lái)對深度混合動(dòng)力頭疼問(wèn)題。

　　如何實(shí)施混合動(dòng)力技術(shù)路線(xiàn)?一是從燃油車(chē)升級轉換后的節能汽車(chē)路線(xiàn)，常規混合動(dòng)力到插電式混合動(dòng)力。另外一個(gè)是從純電動(dòng)汽車(chē)轉換的混合動(dòng)力路線(xiàn)，純電動(dòng)到增程式和純電型插電混合動(dòng)力。具體來(lái)看，要通過(guò)模塊化和平臺化的發(fā)展，內燃機動(dòng)力完全可以通過(guò)模塊化發(fā)展到并聯(lián)的三種構型，P2、P2.5和P3，最后發(fā)展成并聯(lián)的純電型插電混合動(dòng)力。純電動(dòng)力系統方面，我們可以學(xué)習日產(chǎn)，發(fā)展串聯(lián)混合動(dòng)力，然后到燃料電池串聯(lián)混合動(dòng)力。我們也可以加上增程式的串聯(lián)型插電式混合動(dòng)力或者叫增程式電動(dòng)汽車(chē)，總之，中國混合動(dòng)力技術(shù)的特色和優(yōu)勢仍然是純電驅動(dòng)。當然純電驅動(dòng)包括純電動(dòng)，但不等于純電動(dòng)。

　　另外，必須提到的是混合動(dòng)力的核心技術(shù)—發(fā)動(dòng)機技術(shù)。目前國內用于混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機效率為35%-37%，國際水平38%-41%，距離內燃機的極限效率：柴油機大概55%，汽油機45-50%，還有很大空間，我們還需要大力創(chuàng )新。在混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機方面，現在國際上有效效率已經(jīng)超過(guò)45%，主要的技術(shù)路徑包括提高壓縮比、稀薄燃燒增壓和稀薄燃燒的壓燃。值得一提的是增程式的電動(dòng)汽車(chē)可能會(huì )是小功率的增程機，我們現在探索有轉子發(fā)動(dòng)機和自由對塞式發(fā)動(dòng)機等等，從國際文獻分析和自我研究的角度，我們認為主流的技術(shù)路線(xiàn)仍然是小排量四沖程的汽油機。

　　第三，燃料電池展望。

　　燃料電池首先的效益定位，奔馳公司給出的分析，即便選用的基礎內燃機不差，內燃混合動(dòng)力全生命周期4.2升，相當于車(chē)上的油耗大概3升，但在這種情況下，仍然是純電動(dòng)和燃料電池效益的碳排放更加優(yōu)異。純電動(dòng)和燃料電池相比，當一次能源為天然氣的時(shí)候，燃料電池效益高于純電動(dòng)，當一次能源為可再生能源的時(shí)候，燃料電池效益低于純電動(dòng)很多。另外只有基于可再生能源，才能實(shí)現近零碳排放。

　　燃料電池和純電動(dòng)的成本平衡點(diǎn)，韓國現代分析乘用車(chē)大概是500公里左右，商用車(chē)100公里左右。國內外的研究表明，氫燃料電池系統更適合替代柴油機，鋰離子電池系統更適合替代汽油機。從應用定位來(lái)看，燃料電池系統是卡車(chē)和公路客車(chē)的長(cháng)途運載工具的最佳選擇，這個(gè)分析來(lái)自豐田公司，也是燃料電池技術(shù)路線(xiàn)最佳的推崇者，從2009年到2018年，純電動(dòng)汽車(chē)的適合里程范圍雖然擴大了，但燃料電池仍然定位在長(cháng)途的商用車(chē)領(lǐng)域，這給我們很多啟示。

　　中國特色的技術(shù)路線(xiàn)是燃料電池、動(dòng)力電池、混合型動(dòng)力系統，中國開(kāi)創(chuàng )了這條技術(shù)路線(xiàn)。燃料電池是國際的主流技術(shù)路線(xiàn)，中國燃料電池商業(yè)化已經(jīng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)多年的示范，我們2017年底累計運行千輛，2018年年產(chǎn)超過(guò)1500輛，全國投入運營(yíng)的加氫站達到12座，另外也有在建的。我們相信在中國的北方寒冷地區即SUV領(lǐng)域，燃料電池也具有競爭力。

　　燃料電池目前面臨許多挑戰，在燃料電池發(fā)動(dòng)機層面主要是膜電機和空壓機。另外氫能技術(shù)，尤其是車(chē)載儲氫技術(shù)，比如說(shuō)儲氫的能量密度仍然是不高的。剛才我們看到鋰離子電池的體積能量密度可以達到每升800瓦時(shí)，系統只能達到每升600瓦時(shí)，氫系統70兆帕的是每升800瓦時(shí)，必須發(fā)展新一代的每升1200千瓦時(shí)的高能量、低成本的這種儲氫系統。目前的氫能技術(shù)落后于燃料電池技術(shù)，需要全鏈條各環(huán)節氫能技術(shù)有新的突破，比如說(shuō)液化需要進(jìn)一步降低能耗。我們預計在2025年到2030年會(huì )有新一代的氫能技術(shù)的出現。

　　總之，根據中國和全球氫能燃料電池技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程，我認為氫燃料電池汽車(chē)相比于純電動(dòng)汽車(chē)，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程大約晚十年左右。在2020年，燃料電池混合動(dòng)力將會(huì )成熟，商用車(chē)市場(chǎng)，預計在五千到一萬(wàn)輛，標志性的車(chē)型是燃料電池車(chē)。2025年，燃料電池技術(shù)將會(huì )成熟，推廣累計將會(huì )達到五到十萬(wàn)輛，標志性的車(chē)型是燃料電池的大型SUV，目前長(cháng)城汽車(chē)在這方面應該說(shuō)走在前列。2030年，新一代氫能技術(shù)突破，制氫、儲氫、運氫全方面突破，燃料電池技術(shù)在交通和能源領(lǐng)域推廣達到100萬(wàn)輛，標志性車(chē)型是燃料電池的長(cháng)途貨運卡車(chē)，將會(huì )達到一千公里的長(cháng)途貨運能力，一百萬(wàn)公里的可靠性和耐久性。

　　總之，中國燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈目前還很薄弱，但產(chǎn)業(yè)化態(tài)勢全球最佳，已經(jīng)吸引了全球相關(guān)資源的深度參與，預計今后五到十年，有可能達到與目前中國鋰離子電池的國際地位相當的水平。

　　第四，電動(dòng)化與新能源融合發(fā)展的展望。

　　我們目前叫電動(dòng)車(chē)革命，即將發(fā)生的是新能源革命和人工智能革命。在整車(chē)智能化方面，我們更多是在談駕駛智能化，共享出行，其實(shí)還有能源的智能化，能源互聯(lián)網(wǎng)和車(chē)網(wǎng)的共享，如果從駕駛共享的角度看，車(chē)輛總數會(huì )降低，但是從能源共的角度，家家都應該有電動(dòng)汽車(chē)，在家里晚上充電，白天賣(mài)電，來(lái)賺取差價(jià)，這樣所有車(chē)輛的總量不會(huì )降低，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的GDP也不會(huì )降低，所以這將是我們未來(lái)的出路。

　　我重點(diǎn)要講的是關(guān)于動(dòng)力電動(dòng)化之后的能源革命，電動(dòng)化革命發(fā)展迅猛，中國首次在全球率先導入高科技領(lǐng)域，增長(cháng)非常好?，F在從孕育期、導入期進(jìn)入成長(cháng)期，還會(huì )到最后的高速成長(cháng)期，我們認為在2020年之后，尤其是2025年之后，將會(huì )是突飛猛進(jìn)的過(guò)程。根據中國汽車(chē)工程學(xué)會(huì )的預測，2030年是八千萬(wàn)到一億輛，大家共同認為所有的銷(xiāo)量指標都會(huì )提前到達，也就是說(shuō)2025年，保有量就會(huì )達到五千萬(wàn)到八千萬(wàn)，這是極有可能的，我們必須提前做好準備，為能源革命做好準備。

　　大家知道光伏技術(shù)是中國的優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，現在效率普遍達到20%，下一步是30%。第三代光伏革命正在興起，效率潛力巨大。中國光伏產(chǎn)業(yè)突飛猛進(jìn)，分布式光伏引領(lǐng)發(fā)展。我們預計分布式光伏與電動(dòng)汽車(chē)分布式儲能的組合能源系統將構建未來(lái)能源交通信息，我們必須為電動(dòng)車(chē)規?；蟮哪茉锤锩龊脺蕚?。分布式光伏儲能動(dòng)力電池、氫燃料電池及電動(dòng)汽車(chē)相互需要，電動(dòng)汽車(chē)需要新能源，新能源也需要電動(dòng)汽車(chē)?！八奈灰惑w”的新能源系統，如果按照能源局的規劃，2030年非化石能源發(fā)電比例為50%，新能源也是50%，電動(dòng)汽車(chē)上的電池將是50億度，再加上儲能電池(比如50億度)，可以達到100億度以上，中國每天消費的電也就是140億度，電池電量就可以供應中國用電。這將是一場(chǎng)深刻的革命，也將帶來(lái)幾萬(wàn)億到十幾萬(wàn)億的產(chǎn)業(yè)。

　　總之，面向2025年，我們展望電動(dòng)化技術(shù)將會(huì )全方位的成熟，不管是鋰離子電池還是燃料電池都會(huì )全方位成熟。新能源、可再生能源也是價(jià)格性?xún)r(jià)比的拐點(diǎn)，電動(dòng)車(chē)也是性?xún)r(jià)比的拐點(diǎn)，兩個(gè)拐點(diǎn)都會(huì )在2020年到2025年之間實(shí)現。這兩個(gè)是天然的絕配組合，智能化也會(huì )突飛猛進(jìn)，所以2025年左右是全方位突破的關(guān)鍵轉折點(diǎn)。我們把新能源汽車(chē)分成三個(gè)階段，第一個(gè)階段是電動(dòng)汽車(chē)，但不是真正的新能源汽車(chē)，到了第二階段，新能源電動(dòng)汽車(chē)就是真正的新能源汽車(chē)，到了第三個(gè)階段就是新能源智能化電動(dòng)汽車(chē)，就是我們最終的全方位革命的完成階段。

　　謝謝各位!