陈立泉:锂离子电池产业链亟须完善

2010-7-12 00:00 来源: 科学时报
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  “我听说,有的公司说要做1万安时的电池,当时我就吓了一大跳,几百安时的电池就很吓人了,何况1万安时。”

  中国工程院院士、中国科学院物理所研究员陈立泉日前在接受《科学时报》专访时发出这样的惊叹。

  国家新能源汽车补贴办法的出台似乎拨开了我国新能源汽车的发展迷雾。但在新能源汽车背后,处于其上游的锂离子电池产业却仍是一片乱局——基础研究落后、标准尚存缺口、企业盲目冒进、安全问题未得到有效重视、产业链不完善……

  面对这样的局面,陈立泉指出:“如果锂离子电池的问题不解决,谈电动汽车发展完全是空谈;如果锂离子电池的成本和安全问题不解决,电动汽车发展也要受影响。”他一再强调,要推动锂离子电池产业健康发展,关键要完善产业链。

  基础研究相对落后产业化成“领头羊”

  “从锂电池的研发来看,我国起步并不晚,最早在材料领域就有一个储能材料专项,那个时候锂二次电池就已经纳入国家‘863’计划。”陈立泉回忆说,当时国家对锂电池的发展就给予了很大的重视,国内约有12家相关单位参与课题。

  1976年,陈立泉只身前往德国马普学会固体所进修,合作研究固体锂电池电解质。1978年回国后,继续从事固体离子学及其在能源中的应用研究工作。两年后,在他主持下,中科院物理所成立了该领域第一个固体离子学实验室,当时瞄准的目标就是锂离子电池。而国外提出锂离子电池的概念是在1979年。“可以说我国锂离子电池研究的起步和国外差不了多少年。”陈立泉说。

  当时,世界各国都处在起步阶段,日本学者来中国作报告时就曾强调锂离子电池的复杂性,认为这是一项难以掌握的技术。不过,中国学者还是坚持发展锂离子电池技术。

  所谓锂离子电池,就是指由电池的正极提供锂源,电池中没有金属锂,完全是锂离子状态。它跟锂电池最大的区别就是,锂电池的锂源是金属锂,由电池的负极提供锂源。

  目前,我国虽然在硅类负极材料和锂盐的研发中与国际几乎同步,甚至有抢先投入市场的可能。但总体来说,我国在锂离子电池的基础研究方面相对薄弱,部分原材料还需要进口。

  当记者问及中国与国外锂离子电池差距到底有多大时,陈立泉显得有些迟疑:“这个差距不好说,也没法用年头来具体划定。只能说欧美、日本在研发上处于第一集团,我们处于第二集团靠前的位置。不过,因为有锂电池的基础,所以追赶起国际一流水平比较容易。”

  “但是产业化我们并不差!”据陈立泉强调,在锂离子电池产业化方面,中日韩三国处于第一集团,而欧美却处在了第二集团。

  为何会出现基础研究滞后,而产业化领先的局面?

  “中国在锂离子电池上起步并不晚,我们的贡献是把锂离子电池做便宜。但我们在产业化上的优势不完全是劳动力成本的问题,而是因为有自己的思路,在产业化过程中有很多创新。”陈立泉说。

  千万元投入仍可能“不冒泡”

  市场期待已久的《私人购买新能源汽车试点财政补助资金管理暂行办法》终于公布,随着国家对新能源汽车振兴计划的推出,国内企业在锂离子电池方面投入也相继加大,据不完全统计,2010年以来宣布进入锂离子电池领域或追加在这一领域投资的上市公司至少有4家,这还不算新上市的一些以锂离子电池原材料为主业的上市公司。

  “国内‘赶潮流’的现象太严重了!只要一听到国家重视什么,大家就都来做,而市场总共就这么大,最后就会导致行业内一片混乱。”陈立泉直言。

  不差钱的投资人比比皆是,曾经有一位投资人拿着几千万元找到陈立泉,表示想上马锂电项目。他却直接告诉投资人,最好不要卷入这个行业,投资别的行业回报可能会很大,但几千万元要是丢到锂电项目里很有可能“不冒泡”。

  “现在做锂电的企业相当多,对于新上马和想上马的企业我都是劝阻,我建议它们不要急于去上锂电的项目。”陈立泉指出,锂离子电池行业可以做的还有很多,但企业必须选准方向。

  锂离子电池的组装就是一个很好的方向。

  很多人认为,普通的笔记本电池也就是电池简单的串并联,但事实上,组装锂离子电池要比我们想象的复杂得多。

  “它不像手电筒那样把它连接起来就可以,这里面必须有管理芯片,这个芯片要记住电池的温度、电压等等,一只电池电压到了,这只电池需要停止充电,而其他电池还要继续充电。”陈立泉解释说,笔记本中使用的锂离子电池不可能像手电筒那样把电池一节一节地放到里面,笔记本电池都是组装的,做电芯的厂家他们不会去组装,这就需要专门的企业去组装,想投资的企业可以考虑这个领域。

  “什么时候锂离子电池成本可以和铅酸电池相比拟?”陈立泉曾经这样问过一个企业老总,对方的回答让他有些吃惊:“那需要等到锂离子电池的隔膜国产化了。”

  陈立泉认为,中国的锂离子电池基本上拥有一个比较完整的产业链,但这里面还缺少部分的环节。

  “在原材料上大概还有两三个环节比较短缺。比如说隔膜和锂盐都需要进口。”陈立泉说,“这两样东西在电池成本里面大概占到1/3,也就说这两样都国产化以后,电池成本还能降低。”

  “我希望想要上马锂电的企业能投入到产业链缺口领域,充分完善产业链,这也会给企业自身带来一定效益。”陈立泉强调,“当然,产业链的完善还需要国家的一些锂电专项等来解决。”

  “弯道超车”须注意安全

  2006年8月,戴尔公司总部宣布在全球范围内召回约410万枚“火患”电池,这也是消费电子行业历史上最大规模的一次召回行动。从此,对于锂离子电池安全问题的讨论就从未间断。

  那到底是什么原因引起了锂离子电池的爆炸?

  在记者与陈立泉的交谈中,找到了一些答案。陈立泉认为,最基本的原因就是,锂离子电池的电解液是有机溶液,有机溶液跟汽油一样是具有挥发性的,温度越高,越容易挥发,一旦热量加入到电解液里面就会引起爆炸。

  “我们已经想了很多办法解决爆炸的问题,比如,在电解液里面添加一些阻燃剂,在电池结构设计上,包括电池壳的设计都作出了一些努力。”陈立泉表示。

  然而在陈立泉看来,目前,锂离子电池安全不能作为一个非常重要的判断锂离子电池与其他电池优劣的因素。如果要查电池的爆炸,各种电池都有爆炸的记录的,只不过就是概率大小的问题。

  虽然前几年发生过笔记本爆炸事故,但是由于近几年锂离子电池的技术日趋成熟,事故发生率已经越来越低。不过,陈立泉提醒,国内企业不能盲目地崇拜电池的容量,必须量力而行,因为事故率和电池容量是有关系的——装电池的盒子体积是有限的,但如果把电池的容量盲目做大,壳子里面装了一定能量,瞬间把它释放出来就会变成热量,热量加入电解液,势必就会发生燃烧和爆炸。

  “一个电池的事故率虽然只有百万分之几到千万分之几,如果我把它乘以1000倍,事故率就相当高了。”陈立泉强调,如果一个城市有1万辆车,按照这个比率,一天就会出现1辆车事故,这对人们的生活以及锂离子电池行业的健康发展所带来的影响可想而知。

  2001年南京冠生园用“旧馅”做月饼的事件使得具有80多年历史的冠生园品牌就此毁于一旦。陈立泉认为,“冠生园”事件也给锂离子电池行业敲响了警钟:如果企业随意地扩大电池容量,同时,越来越多的“山寨”企业出现,电池的安全性得不到很好保证,锂离子电池行业发展的前景令人堪忧。

  “希望有资质的企业去做动力电池,如果动力电池太多‘山寨’,影响很大,可能会毁掉一个行业。”陈立泉提出期盼,做世界上最大容量的电池,并不值得夸耀,中国应该做事故率最低和价格最便宜的,这才是最值得夸耀的,希望通过发展电动车,带来整个汽车行业的转型。

  “希望通过发展电动车来一个‘弯道超车’,但‘弯道超车’并不是电池的容量越大越好。如果电池上没有做好,事故率太大,对整个产业都是致命打击。”陈立泉强调。

  谋划后锂电时代的出路

  前不久,陈立泉和其他几位院士联名致信国家领导人,建议国家投入20亿元做锂电专项。

  陈立泉告诉《科学时报》,这20亿元资金投入的提出其实是受到美奥巴马政府要投入20亿美元发展锂电行业的启发,奥巴马明确表示:石油是依赖于中东,而电池不能依赖于亚洲。

  在陈立泉看来,锂电专项需要做两件事:一是,完善当前的锂电池产业链,包括动力电池的产业链;二是,考虑新一代电池组发展,谋划后锂离子电池时代,中国应该怎么应对。

  任何一个电池都不可能长命百岁,日本锂离子电池就有发展路线图:2012年能量密度300Wh/kg,2015年500Wh/kg,2030年700Wh/kg。而中国没有路线图。

  陈立泉认为,300Wh/kg可能是锂离子电池的极限了,能量密度要再高就要考虑新的电池体系,中国应该有相应的规划,如果现在还不考虑,将来肯定要落后。

  实际上,目前国家对纯电动车的补贴其实已经考虑到电池价格。现在,电动车充一次电可以跑100多公里,如果需要让车充一次电跑得更远,就需要提高电池的能量密度。

  “我们当然希望车跑得越远越好,但这可能需要新的电池体系和新的布局。如果到2020年,我们想做到充一次电能跑300~500公里,就需要我们加大科技投入。”陈立泉建议,科技部需要考虑2010~2020年这一阶段的锂电发展方向,国家自然基金委员会则需要考虑更为长远的规划。

  “不同部门应有所布局和分工,新的电池体系需要提出来,国家还需要加强基础研究投入。”陈立泉表示。

  他还指出,现在国内做锂离子电池研发的实验室已经非常多了,高校材料专业的实验室几乎没有不卷入到锂离子电池的研究中的,但问题是低水平重复比较多。陈立泉希望国家重视锂电高端人才的培养。

  目前,小型锂离子电池是有标准的,但大型电池还没有。在提高电池能量密度、制定新的电池体系的同时,锂离子电池标准的制定也显得刻不容缓。

  陈立泉希望国家的标准能尽快制定出来,但绝不能太冒进,不要太急于做更大的电池,最好是限制在100安时以下,稳步推进整个产业的健康发展。