在11月13日成都召開的2014年第二屆中國（成都）鋰電新能源產(chǎn)業(yè)國際高峰論壇上，北京大學(xué)教授、本次論壇學(xué)術(shù)委員會主席其魯做了《車用動力鋰電池及其正極材料技術(shù)發(fā)展研究》的專題報(bào)告。以下是其魯教授的演講報(bào)告：

其魯：大家下午好。

又一次有機(jī)會能夠利用二三十分鐘的時間把我們過去的工作做一個總結(jié)，非常高興。

今天我要講的是和汽車有關(guān)的車用鋰離子電池和相關(guān)的關(guān)鍵材料。在國內(nèi)，我們搞了十多年的鋰電池材料、鋰電池，也涉及到了很多電動車方面的工作。

有幾個問題需要關(guān)注一下，在過去的十多年當(dāng)中，中國的電池材料、電池、電動汽車的發(fā)展，就像波浪一樣，有高有低，也遇到了各種各樣的問題。

今天我主要想從幾個方面強(qiáng)調(diào)一下，強(qiáng)調(diào)的依據(jù)就是大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。電動汽車到了今天，追求的是安全性和可靠性，另外一個是舒適性。所以對電動汽車毫無疑問提出了另外的要求，像上午幾位專家提到了一樣，行駛接續(xù)的問題、安全問題、可靠性問題、成本問題等等，有些問題是可以考慮解決的，有些問題完全可以從材料的角度、電池的角度把它處理好。比如電池的正極材料，高電壓、高容量、高密度是我們研究和追求的非常重要的方向。高電壓和高容量，大家比較容易理解。但是高密度的問題，到目前為止在這個問題上還有些混亂。舉兩個例子，除了正極材料當(dāng)然也有負(fù)極材料，在過去的二十多年當(dāng)中，不斷有人從納米材料、碳纖維、石墨稀等這些角度做過很多文章，在這些文章中都在說電池未來應(yīng)該是如何的、電動汽車是如何的，但是在大量的實(shí)際當(dāng)中發(fā)現(xiàn)，尤其這些納米材料。物理密度低于微米的、顆粒直徑小于微米的納米材料，事實(shí)上在電池的應(yīng)用中是非常麻煩的。在制作過程中出了問題，密度小，基本上不是高功率的電動汽車需求的電池。還有一個問題是在常溫和低溫下需要非常良好的導(dǎo)電性，導(dǎo)電性的問題在過去的五年當(dāng)中，表現(xiàn)矛盾尤其突出。有很多電池在常溫下可以正常工作，但是接近零度的時候，容量繼續(xù)衰減，變換性能受到很多影響，到了零下十度、零下二十度的時候，電池性能損失極其嚴(yán)重。最近和東北地區(qū)的搞電動汽車的朋友們討論過這方面的問題，很少有人敢把鋰電池拿到東北的電動汽車上做測試。所以，電池不僅在好的常溫下有好的性能，歸根到底就是它的導(dǎo)電性，另外在低溫下也要關(guān)注這個問題。熱穩(wěn)定性是直接導(dǎo)致電動汽車安全性的重要因素。

從電池的角度，我們要考慮到它的安全性能可靠性，電動汽車的安全性和電池的安全性能關(guān)系太密切了。當(dāng)然了，也不是說電動汽車的安全問題都是鋰電池產(chǎn)生的，發(fā)生的數(shù)十起電動汽車爆炸的問題，很多原因是由于電池的不當(dāng)使用導(dǎo)致的，當(dāng)然也有其它一些原因。

另一個問題是高容量密度的問題，簡單說就是是否可以盡可能多地儲藏電能的問題，這是儲能的問題。電動汽車只有高的能量密度，無論是體積還是重量，都是非常有利于在比較小的體積下、比較輕的重量下讓電動汽車盡可能行駛比較全的距離，所以高能量密度對電動汽車是非常重要的。上午很多專家提到了混合動力汽車的問題，還有插電式混合動力電動汽車的問題。這樣的汽車涉及到的是高功率問題，電池需要在比較小的體積下，比較輕的重量下，盡可能承受大的充放電電流，而且具有良好的壽命。高功率和高容量，很難在目前的狀態(tài)下讓它兩全其美，或者可能涉及一種高容量電池滿足純電動車的需要，滿足儲能的需要，或者一種設(shè)計(jì)一種高功率電池，讓它滿足混合動力車的需要或者電動工具的需要，至少目前要從這幾個角度考慮問題。

關(guān)于電動汽車，我們有些思路也應(yīng)該發(fā)生一些轉(zhuǎn)變，上午也討論這樣的問題，比如續(xù)航里程的問題，充電快慢的問題。經(jīng)常有人提出來，我們的車要超電動汽車，要超過燃油汽車，要充一次電跑五百公里，那沒有問題，但是搭載上這樣的電池，重量是多少呢？成本代價(jià)是多少呢？就是我們面臨和需要解決的問題了。所以續(xù)航里程跟快慢要根據(jù)實(shí)際情況處理好，在中國目前的狀況下，我認(rèn)為電動汽車，電池的性能完全可以從不同的角度滿足需求。電能來源的多樣化也是一樣，下面我會談到這個。

在中國我們是最早介入電動汽車的。我們當(dāng)初介入電動汽車也是迫于無奈，因?yàn)槲覀冏龀隽藵u進(jìn)式錳酸高容量電池之后，沒有電動汽車怎么辦呢？我們得了解電池到底合不合適，要了解各種情況下的電化學(xué)性能，最后逼得沒有辦法，只好參與電動汽車了。在2007年的時候北京奧運(yùn)會之前，北京有數(shù)百輛汽車使用了多元負(fù)荷氧化物高功率電池，就是今天大家所說的三元電池。這樣的技術(shù)在今天的中國，也有成千上萬輛在使用。今天尤其把這方面的技術(shù)性能跟大家介紹以下。

關(guān)于微型汽車我們也有一些討論。山東是微型電動汽車非常發(fā)達(dá)的區(qū)域，上午的信息也表示了，年產(chǎn)量達(dá)到十幾萬輛，問題是政府如何去考慮推動，市場如何去操作。關(guān)于這些細(xì)節(jié)的問題，我就不多說了?？傊?，在國內(nèi)外，微型電動汽車的發(fā)展是非常快的，給出的電動汽車用電池的方案也應(yīng)該有所不同。電動汽車的技術(shù)，是我們今后要仔細(xì)考慮的，要多考慮慮。到目前為止，我們電動汽車是在傳統(tǒng)汽車上的一個改造。事實(shí)上，這樣一個想法，在一個階段適合中國的國情，但是如果回頭想一想，中國的燃油汽車走了30多年的發(fā)展歷程之后，到今天只有三四流產(chǎn)品的民族品牌，我們?yōu)槭裁醋霾怀龊玫娜加推嚹?？需要在座的企業(yè)家認(rèn)真考慮這些問題。今后中國的電動汽車的發(fā)展，一定要極早做起，一定要大量投入，要在最基本的技術(shù)方面多做功課，才能為真正的電動汽車打造出中國新能源產(chǎn)業(yè)、新興制造業(yè)發(fā)展的好機(jī)會并且把握好這個機(jī)會。

關(guān)于電動車安全性問題，時間關(guān)系，我只想說，這個問題是我們以后遇到的最可怕的問題。有些問題在某種情況下是電池導(dǎo)致的，非電池導(dǎo)致的問題也有。但是大家可以想象，當(dāng)電池燃燒起來的，是高密度的電能載體，里面幾乎所有器材是易燃易爆的，電解液在六七十度的空氣下會燃燒，負(fù)極材料、隔膜材料，里面大量的各種各樣的材料里非?？膳隆Ｋ噪姵乜刂乒芾聿缓?，電池內(nèi)部溫度升高導(dǎo)致的電池裂開，最后導(dǎo)致燃燒爆炸，這種事情已經(jīng)出得太多了。所以電動汽車的安全性問題在國內(nèi)外，目前為止并沒有受到人們過多或者高度關(guān)注。但是作為電池企業(yè)，作為電池材料企業(yè)，作為我們的電動汽車，因?yàn)榈侥壳盀橹?，沒有先例，人們并不知道一輛電動汽車什么情況下會燃燒、會爆炸。另外，今天的傳統(tǒng)燃油車，在高速公路上，在城市里面，自然這樣的問題也很多。所以，電動汽車的安全性問題，可能是今后幾十年或者永久的討論話題。關(guān)于電動汽車電池的問題，我想到今天為止用不著和鉛酸電池和鎳氫電池比較，這幾天的會議大家都會有共同的想法，鋰電池是電動汽車今后唯一的，至少五到十年內(nèi)還沒有其它產(chǎn)品有更高的電壓、更高的能量密度或者更合適的適應(yīng)性短內(nèi)取代鋰電池。

鋰電池今后的路還有很長，今天的公交車一公里耗電1度多，明年是多少、后年是多少，已經(jīng)有非常明確的目標(biāo)。車輛載重對于電池模塊也是非常重要的因素，如何從簡單的單體電池走向模塊，走向整車電池，今后的工作也是非常多的。

最后我想從電池的問題回到電池材料上，最近我們和國內(nèi)做電池的廠家做了程度不同的溝通，國內(nèi)有些廠家錳酸鋰電池的穩(wěn)定性做得都比較好了。所以今天可以說，電動汽車，它的壽命做到五年、七年，從電池的角度是非常有信心的。十萬公里也好，十五萬公里也好。2008年奧運(yùn)會結(jié)束后，按照當(dāng)時的結(jié)果來看，三年十萬公里，完全把這個問題解決了。今天，照著這樣的電池來考慮，我想五年十五萬公里的目標(biāo)也應(yīng)該比較容易解決。

在今天的技術(shù)情況下，漸進(jìn)式錳酸鋰電池作為高容量電池，它的壽命深度充放兩千次，容量還保持著80%以上意味著什么。按照現(xiàn)在汽車使用的壽命來考慮，保證五年以上或者更長的年頭使用，從電池的角度放心去使用?；旌蟿恿囯姵?，也應(yīng)該是這樣的。2007年以前，以錳為中心的多元材料，做過五萬次、十萬次，模擬三十萬次的充放電，所以混合動力車的電池壽命和安全性，我想大家應(yīng)該放心去考慮。當(dāng)然了，我指的是生產(chǎn)、品質(zhì)檢驗(yàn)，我們的使用都是在規(guī)范化情況的前提下。一個電池在生產(chǎn)過程中，不能嚴(yán)格控制生產(chǎn)過程，如果不能把好質(zhì)量關(guān)，簡單說有一些異物進(jìn)了電池，或者其它原因?qū)е码姵爻霈F(xiàn)差異等等，可能都會造成電池出現(xiàn)一些其它問題。

從本質(zhì)上講，電池的安全性，導(dǎo)電性是非常重要的一個方面。導(dǎo)電性涉及到什么呢？涉及到電化學(xué)性能，涉及到使用環(huán)境，涉及到材料問題，涉及到電池的問題。這里面做比較，多元的負(fù)荷正極材料的電池，在大功率充放電情況下，它的發(fā)熱要比和它做比較的這塊電池的溫度變化小多了。從測量大電流的情況下，電池溫度變化的角度來考慮問題，是研究電池安全性非常重要的手段。測量溫度對大家來說都是比較簡單的，所以制造電池的朋友們一定要考慮一下，我們的電池到底安全性如何，跟使用當(dāng)中溫度變化有密切關(guān)系。大量的熱量積累，完全會導(dǎo)致電池裂開。電池裂開就意味著可能會燃燒、可能會爆炸。另外，這個導(dǎo)電性的問題，還涉及到常溫情況下電化學(xué)性能如何的問題。所以我們選擇一個好的材料，制作一個好的電池，在常溫狀態(tài)下，要保證它有良好的導(dǎo)電性，優(yōu)越的充放電性能，在低溫、零度、零下二三十度也必須具有良好的電化學(xué)性能，這樣的電池才能作為車載電池。非常遺憾，和東北的搞電動汽車的朋友們接觸過之后，他們講沒有多少人敢把電池拿到東北去做，哈爾濱也好、長春也好，做各種各樣的車輛測試，這讓他們感到非常為難。

還有一個事情，我在有些場合下講過幾次，在不同狀態(tài)下電池的安全性和可靠性，是由電池的另一個電化學(xué)特性所控制，有著很大關(guān)系。大家可以看到，兩個電壓的標(biāo)尺是完全不一樣的，尤其是作為漸進(jìn)式錳酸鋰電池的對比，所對比的電池它的間隔是非常小的。從SOC的電壓變化上可以看到，在電池電動汽車反復(fù)充放電的區(qū)間，最頻繁使用的30%至70%的區(qū)域，它的電話寫特性表現(xiàn)出來的是電池電壓的變化是非常小的。電動汽車如何控制電池呢？如何讓電池效率高的輸出動力，驅(qū)動電動汽車呢？到目前為止是通過電子計(jì)算機(jī)，各種各樣的技術(shù)來完成。但是在這種狀況下，每支電池的不同電壓下，這個差別太小了，導(dǎo)致很容易給我們錯誤的指令，該充電的時候不充電，該放電的時候不放電。有些朋友問我，為什么他們出廠的時候電池一致性非常好，穩(wěn)定性非常好，可是用了一個月，用了半年之后，電池容量迅速衰減？我想跟它的電池特性關(guān)系密切，希望大家多關(guān)注這個問題。

從電池正極材料的角度考慮，我們要做的工作是很多的。大家都知道，從2000年開始，首先以電池的關(guān)鍵材料起家，中國的鈷酸鋰，從北京工廠國產(chǎn)化第一步實(shí)施，錳酸鋰、多元化等等。同期的正極材料，充放電曲線的，但是我們自己的工作。通過今天的會議我也了解到，我們很多企業(yè)和研究單位都進(jìn)入到高電壓材料領(lǐng)域。我認(rèn)為，像漸進(jìn)式摻雜鎳的具有漸進(jìn)式結(jié)構(gòu)的錳酸鋰，作為下一代電動汽車的重要發(fā)展方向，是值得大家關(guān)注的。目前為止我們做了很多工作，我們也做好了把它作為下一代動力電池的準(zhǔn)備，適當(dāng)?shù)臅r候會進(jìn)入市場。這個電池有很多特點(diǎn)，目前為止我們解決不了的一些問題它能夠解決。但是，隔膜的問題、電解液的問題、使用過程當(dāng)中的其它問題等也出現(xiàn)了，需要大家共同關(guān)注，把這個問題處理好。還有一種材料是更高容量，負(fù)荷材料的發(fā)展趨勢。作為今天講的三元材料的替代產(chǎn)品，很可能在若干年以后發(fā)生，這個電池會出現(xiàn)在市場上。它讓今天的高容量電池和高功率電池，都會發(fā)生革命性變化。今天上午長安汽車的報(bào)告當(dāng)中，他們的車上的能量密度已經(jīng)做到了90，利用新材料技術(shù)，我想我們很快會突破100，達(dá)到120，有可能還會實(shí)現(xiàn)150。到那個時候，我們的車載電池會很小。除了正極材料之外，負(fù)極材料明天也會有一個很好思路的報(bào)告，希望大家關(guān)注一下。

很多朋友都跟我提到了材料合成的問題。電池的材料要想有一個很好的導(dǎo)電性，要想有一個非常優(yōu)越的充放電的穩(wěn)定性，材料的合成方法是非常重要的。通常人們用固向法，高溫下一次反應(yīng)、兩次反應(yīng)，這樣的結(jié)果既耗能，最后電化學(xué)性能也不一定好。溶液法雖然解決了一些問題，但是它的毛病是大量使用溶劑，除去這些溶劑可能出現(xiàn)的問題更多，找到一個新的方法，找到一個既不耗能，又不需要在后續(xù)過程中花費(fèi)很多程序，找到一個合適的辦法，應(yīng)該是我們大家要考慮的一個方向。這方面我們已經(jīng)做了非常有意思的工作，比如在我們的工作里，我們既不會用簡單的固向法，也不會用傳統(tǒng)的溶液法合成電池材料。

電池材料里面的雜質(zhì)問題對電池性能的影響是非常大的，有些雜質(zhì)是我們必須要考慮，在原材料制造過程中就要把它清理掉。為了讓它得到好的電化學(xué)性能，需要有意添加一些。這張圖想告訴大家的是，像漸進(jìn)式錳酸鋰材料，電化學(xué)發(fā)生量化的元素，可以產(chǎn)生各種各樣的錳和鋰的氧化物，這些氧化物大部分不能導(dǎo)電，不能作為鋰電池的儲能材料進(jìn)行使用。如果這個問題不處理好，我們得到的漸進(jìn)式錳酸、多元負(fù)荷金屬氧化物材料放電容量就會低，電化學(xué)充放電的穩(wěn)定性就會差，導(dǎo)電性能也會出現(xiàn)問題。

最后一個問題，電動汽車未來的使用，我想電能肯定是多元化的。我們很多人把目光集中在了充電樁、集中在電網(wǎng)的問題上，實(shí)際上完全可以考慮自然能源的使用。因?yàn)榻裉烊蜻€有數(shù)億人處于無電的狀況下，在四川和云南有250多萬人沒有電，在西北也有很多人沒有電，這些人難道不會用電動汽車了嗎？我想不會是這樣。新能源的使用，小型電動車的使用，會在這些地區(qū)迅速發(fā)展起來。在城市當(dāng)中，在國外很多城市給自己的車供電，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了，這是中國面臨的很大問題。尤其是中小城市的周圍，多建立自然能源的充電站，通過各種各樣的方式方便為我們充電，我覺得是為期不遠(yuǎn)的。

用了這些時間簡單講了這些問題，謝謝大家。