电池革命如何重新“定义”汽车

“车辆电气化是国际公认的发展趋势。电池技术革命已经开始，对新电池的需求也在不断增加，这将推动电池技术及其系统集成、管理和控制的新变化。”北京工业大学机械与车辆学院教授何在12月3日举行的“科学麻辣烫”第四期上指出。

获得2019年诺贝尔化学奖的锂电池技术已经在电动汽车、手机、笔记本电脑等领域处于领先地位。本次活动的主题是“电池革命如何重新定义汽车”。北京工业大学材料学院的教授、何和国家废弃化学品处理标准委员会委员林晓正在与媒体讨论电池革命对汽车工业发展的影响，重点讨论电池技术将如何推动汽车工业的进步。

如何“平衡”电池的安全性和效率

中国新能源汽车市场在数量和增量上均居世界第一。近日，工业和信息化部就《新能源汽车产业发展规划(2021-2035)》(以下简称《2021-2035规划》)公开征求意见，新能源市场将迎来新的15年发展机遇期。

该计划提出，通过不断努力，中国新能源汽车核心技术将达到国际领先水平，纯电动汽车将成为主流，燃料电池汽车将商业化，公共汽车将完全电动化。到2025年，新能源汽车的销量将占到25%左右。

然而，多年来，频繁发生的动力电池火灾事故和高耐久性也严重影响了消费者对新能源汽车市场的信心。

电动汽车虽然暴露了一些安全隐患，但可以从安全动力电池材料体系和动力电池安全管理方面解决问题他弘文说。他指出，中国率先建立了新能源汽车三级监管平台，积累了良好的第一手数据。目前，业界还在从动力电池安全风险在线评估、异常性能单体预警管控、车辆安全防护系统设计等方面构建安全保障体系，以提高电动汽车的安全性能。

"锂离子电池的可燃性主要与电解液有关."陈仁杰说，电池的制造过程和安全管理已经有了很大的改善，但液体电解质仍在使用。将来，可以开发固体电解质系统来提高电池的安全性。

陈仁杰认为，提高电池的安全性可以从两个方面入手，一方面是电池材料的优化和改进，另一方面是电池结构和制备工艺的改进。

“大数据、云控制和智能为改进动力电池的安全管理提供了一个新的起点。”弘文表示，通过升级安全电池材料系统和辅助智能动力电池管理，动力电池系统的安全性能可以进一步提高。

提高电池能量密度的方法在哪里

“不能远行”一直是新能源汽车用户心中的“痛”。为了解决里程焦虑问题和满足补贴政策要求，当前行业中出现了许多高能量密度动力电池。

陈仁杰说，科学家们一直致力于提高电池的“功率”，开发具有更高能量密度的电池系统。从铅酸电池、镍镉电池到当前的锂离子电池，电池材料不断变化，电池的能量密度不断提高。

"与现有的锂离子电池相比，锂硫电池可以达到更高的能量密度."陈仁杰说，他的研究团队目前正在开发一种高性能电池系统，使用新材料来提高电池的能量密度、循环性能、功率特性和安全性。

除了使用新材料之外，通过充放电管理，电池可以变得更加耐用。何弘文表示，鉴于动力电池组的“桶效应”和充放电结束时的“扫帚效应”，动力电池系统的性能不仅取决于单节电池的性能，还取决于加强动力电池组的能源、安全和耐久性管理。

弘文提出，基于模型和数据驱动的方法通常用于估计动力电池系统的管理状态量。通过建立高精度的电池模型，采用先进的估计算法，引入状态反馈校正，可以有效保证电池状态量的估计精度。

如何应对电池报废潮

随着越来越多的电动汽车投入市场，废旧电池的处理成为一个难题，快速发展的新能源产业也面临着电池报废的浪潮。根据国家新能源汽车大数据联盟的数据，预计到2020年，中国报废电池的总量将达到20万吨左右。

“2018年，中国报废电池将达到约6000吨，三年后将达到20-30万吨，这对于工业解决方案来说尤为紧迫。”林晓表示，如果废弃电池留在城市里，会有污染和安全风险，必须回收废弃电池的资源来解决这些风险。

在过去的十年里，电池的价格已经下降到原价的十分之一，这意味着电池材料中的金属价格接近电池的成本价。林晓说，通过电池回收，利润可以基本实现，但更成熟的工业解决方案仍需探索。锂离子电池的回收利用技术在传统消费领域已经建立，但是动力电池的材料和系统不同，需要更多的研究和开发来解决这个问题。

"废电池在处理前不应该用旧的污染方法处理."陈仁杰说。在设计和制造电池时，我们应该选择一些对环境非常友好的绿色电池材料。同时，要考虑电化学性能，构建绿色电池体系。通过重新设计，再利用和回收，我们可以真正实现电池的绿色指数。