“車輛電動化是國際公認的發(fā)展趨勢，電池的技術革命一直在路上，汽車性能提升導向對新型電池的需求也在不斷地提高，將推動電池技術及其系統(tǒng)集成、管理控制發(fā)生新的變化。”北京理工大學機械與車輛學院教授何洪文在12月3日舉辦的“科學麻辣燙”第四期活動上指出。

問鼎2019年諾貝爾化學獎的鋰電技術已在電動汽車、手機、筆記本電腦等領域獨占鰲頭，本次活動以“電池革命如何重新‘定義’汽車”為主題，北京理工大學材料學院教授陳人杰、何洪文、全國廢棄化學品處置標準委員會委員林曉三位專家與媒體一起探討電池革命對汽車領域發(fā)展的影響，聚焦電池技術將如何推動汽車產業(yè)的進步。

電池安全與效率如何“兩全”

我國的新能源汽車市場保有量和增量已居世界第一。日前，工信部就《新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2021-2035年）》（以下簡稱《2021-2035年規(guī)劃》）公開征求意見，新能源市場又將迎來新的15年發(fā)展機遇期。

該規(guī)劃提出，力爭經過持續(xù)努力，我國新能源汽車核心技術達到國際領先水平，純電動汽車成為主流，燃料電池汽車實現商業(yè)化應用，公共領域用車全面電動化，到2025年，新能源汽車新車銷量占比達到25%左右。

但多年來，動力電池著火事故頻發(fā)、續(xù)航虛高等問題，也嚴重影響著消費者對新能源汽車市場的信心。

“雖然電動汽車暴露出一些安全隱患，但可以從安全的動力電池材料體系、動力電池的安全管理方面解決問題。” 何洪文表示。他指出，我國已率先建立了新能源汽車的三級監(jiān)管平臺，有了很好的一手數據積累。目前行業(yè)內也正在從動力電池安全風險在線評估、異常性能單體的預警管控以及整車的安全防護系統(tǒng)設計等多方面構建安全保障體系，完善電動汽車的安全性能。

“鋰離子電池易燃主要和電解液有關。”陳人杰表示，現在電池的制造工藝、生產過程的安全管理等方面已經有了很大提升，但是依然使用液態(tài)電解質，未來可以研發(fā)固態(tài)的電解質體系，提升電池的安全性。

陳人杰認為，改進電池的安全性可以從兩方面入手，一方面是電池材料的優(yōu)化和改良入手，另一方面是對電池的結構和制備工藝進行改進。

“大數據、云管控、智能化為完善動力電池的安全管理提供了新抓手。”何洪文表示，通過安全的電池材料體系升級再輔以智能化的動力電池管理可以進一步完善動力電池系統(tǒng)的安全性能。

電池能量密度提升路在何方

“出不了遠門”一直是新能源汽車用戶心中的“痛”。為了解決里程焦慮問題以及滿足補貼政策要求，當前行業(yè)涌現出諸多高能量密度的動力電池。

陳人杰表示，科學家一直在致力于提升電池“電力”，開發(fā)具有更高能量密度的電池體系。從鉛酸電池、鎳鎘電池再到現在的鋰離子電池，電池材料不斷變化，電池的能量密度不斷提高。

“和現有的鋰離子電池相比，鋰硫電池的能量密度可以做的更高。”陳人杰稱，目前其研究團隊正在開發(fā)高性能電池體系，利用新的材料，提升電池的能量密度、循環(huán)性能、功率特性和安全性等。

除了利用新材料，還可以通過電池的充放電管理讓電池更持久。何洪文表示，動力電池系統(tǒng)的性能不僅取決于單個電池的性能，鑒于動力電池組具有的“木桶效應”和充放電末期具有的“掃帚效應”，加強對動力電池組的能量、安全、耐久性管理也很重要。

何洪文提出，基于模型和數據驅動是對動力電池系統(tǒng)管理狀態(tài)量進行估計的常用方法，通過建立電池的高精度模型，采用先進的估計算法并引入狀態(tài)反饋修正，可以有效保證電池狀態(tài)量的估計精度。

如何應對電池“報廢潮”

隨著越來越多的電動汽車投入市場，廢舊電池的處理成為難題，快速發(fā)展的新能源行業(yè)也迎來電池的報廢潮。據新能源汽車國家大數據聯盟的數據顯示，預計到2020年，我國退役電池累計約為20萬噸。

“2018年我國報廢電池達6000噸左右，三年后的數據會達到20-30萬噸，這對工業(yè)解決方案的要求特別迫切。”林曉表示，報廢電池留在城市中會有污染和安全風險，必須把報廢電池資源回收回來，解決掉風險。

過去的十年中，電池的價格已經降了至原來的十分之一，這意味著電池材料中的金屬價格已經很接近電池成本價格。林曉表示，通過電池的回收，可以基本實現盈利，但目前還需要探索更加成熟的工業(yè)解決方案。鋰離子電池的回收技術，在常規(guī)的消費領域已經有了，但動力類電池的材料和系統(tǒng)不一樣，需要更多的研發(fā)來解決問題。

“廢舊電池的處理不應再走先污染后治理的老路。”陳人杰說。電池在設計制造源頭要選擇一些對環(huán)境非常友好的綠色電池材料，同時要兼顧電化學性能，構筑綠色電池體系，通過再設計、再利用、再回收，真正達到電池的綠色指標。

來源：中國科學報 作者：高雅麗