能量密度300Wh/kg 下一代動力電池路在何方？

“2020年動力電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg”被政府和業(yè)界作為下一段發(fā)展目標(biāo)提出�，F(xiàn)在距離2020年還有7年時間，可產(chǎn)業(yè)化的下一代動力電池卻還沒有浮出水面。學(xué)者們看好鋰硫電池、鋰氧電池等新材料電池，從業(yè)者則對下一代動力電池產(chǎn)業(yè)化前景更為悲觀，“達(dá)到300Wh/kg的材料，現(xiàn)在我還沒看到�！�

目標(biāo)：300Wh/kg

400-500公里的續(xù)駛里程對于傳統(tǒng)燃油汽車來說是十分容易達(dá)到的數(shù)值，而對于電動汽車來說卻遙不可及。目前，主流電動汽車?yán)m(xù)駛里程多在200公里以下，少數(shù)如比亞迪E6、特斯拉Model S等則通過增加電池組數(shù)量，犧牲車重、成本經(jīng)濟(jì)性的方式增加續(xù)駛里程，其模式難以推廣。

即使不要求電動汽車的續(xù)駛里程與傳統(tǒng)燃油汽車看齊，僅僅是更高效率的角度看，提升電池比能量、降低電池重量也是必須的。而現(xiàn)階段單體電池比能量僅110-120Wh/kg，組合成電池包后，電池系統(tǒng)能量密度還不到90Wh/kg。

根據(jù)國務(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)，至2015年動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 年動力電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg(對應(yīng)的單體電池能量密度至少達(dá)到330Wh/kg 以上)。

不僅僅是中國，美、日等國對下一代動力電池的規(guī)劃也是2020年能量密度達(dá)到300Wh/kg，而稍微長期的2030年規(guī)劃，能量密度則達(dá)到了500Wh/kg。武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院教授艾新平向第一電動記者介紹說，在現(xiàn)今電池下，實現(xiàn)2015年150Wh/kg 的目標(biāo)沒有問題，但是2020年要實現(xiàn)電池模塊的能量密度達(dá)到300Wh/kg 會有困難。艾新平參與了上述節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃的制訂。

中國科學(xué)院物理研究所清潔能源中心副主任黃學(xué)杰告訴第一電動記者，采用現(xiàn)有的鋰離子電池體系，2020 年的300Wh/kg 基本不可能完成，必須尋求新類型的動力電池。

可能的方案

“一種技術(shù)從實驗室走向市場大概十年左右�！秉S學(xué)杰表示。2020 年并不是一個遙遠(yuǎn)的未來，目前還沒有看到任何確定性的解決方案，可能達(dá)成上述目標(biāo)的新一代動力電池體系也屈指可數(shù)。“近期看三元材料，中期看富鋰錳基，遠(yuǎn)期看鋰硫電池�！卑�新平這樣為動力電池的世代體系分類。

艾新平認(rèn)為，提高動力電池比能量的技術(shù)途徑只有三個。一是工藝進(jìn)步，但如今電池工藝設(shè)計已相對成熟，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，以磷酸鐵鋰和錳酸鋰為正極、碳材料為負(fù)極的鋰離子動力電池在能量密度上很難有大的突破;三是新材料、新體系，即開發(fā)高比能新材料、發(fā)展動力電池新體系是未來動力電池比能量大幅度提升的主要途徑。

中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員郭玉國支持了這一看法，他介紹鋰硫電池是目前高比能二次電池的研究熱點，無論是作為正極材料的單質(zhì)硫還是作為負(fù)極材料的金屬鋰，均具有很高的理論比容量，從而使整個電池的理論比能量高達(dá)2600wh/kg。

產(chǎn)業(yè)化路途漫漫

雖然有了一些“眉目”，但這些產(chǎn)品距離產(chǎn)業(yè)化顯然還有很長的路要走。黃學(xué)杰對記者表示，目前富鋰錳基電池和鋰硫電池“還處于實驗室展示階段”，距離最后成為可應(yīng)用的產(chǎn)品還需要一段時間。

黃學(xué)杰認(rèn)為，在中期動力電池研發(fā)上，中國的力度與國際相比并不落后。記者對2013年度的國際動力電池研發(fā)新聞進(jìn)行了梳理，發(fā)現(xiàn)雖然經(jīng)常有新型電池的新聞見諸報端，但大部分空洞無物，多是投資宣傳。在中期動力電池體系研發(fā)上，中國確實保持了與國際同步。

不過在更尖端動力電池體系的研發(fā)上，國內(nèi)與國際水平還有很大差距。

“鋰氧電池的現(xiàn)狀是都在實驗室階段，但是國外很多公司還在研究，國內(nèi)公司沒有�！敝袊�工程院院士、中國科學(xué)院物理研究所研究員陳立泉告訴記者。

對于企業(yè)來說，新一代動力電池還沒進(jìn)入議事日程。動力電池企業(yè)環(huán)宇賽爾的技術(shù)部長馮祥明表示，企業(yè)主要做的是產(chǎn)品生產(chǎn)和應(yīng)用研究�！拔覀冎饕�是對成熟或者接近成熟的材料進(jìn)行應(yīng)用，”馮祥明說：“現(xiàn)在還沒有可以進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域的新材料�！�

“理論界說話很簡單， 真正工業(yè)化生產(chǎn)很難�！睙熍_卓能電池材料有限公司程元勝副總經(jīng)理很直白地表示：“ 達(dá)到300Wh/kg 的材料， 現(xiàn)在我還沒看到�！�