在尋找替代能源的過程中,儲能技術發展的每一步都牽動著世界各國的神經,作為儲能技術的代表,先進電池技術相繼被各個國家納入發展戰略規劃。今年年初我國明確提出:到2015年先進儲能材料、光伏材料產業化要取得突破,基本滿足新能源汽車、太陽能高效利用等需求。作為國家《新材料產業“十二五”發展規劃》中明確提出的重點工程之一、新能源產業的關鍵節點——先進電池材料要實現上述目標必須從尋求技術突破入手。
國家支持夯實基礎
中國科學院物理研究所研究員黃學杰表示,從“863”計劃立項以來的20年中,國家對電池材料進行了較為長期的支持。從“十五”開始,改性錳酸鋰、磷酸鐵鋰在國家的支持下相繼產業化,這也使我國電動汽車用鋰電池在安全性方面實現了技術突破。國家“863”計劃電動汽車重大專項的實施,實現了中國車用鋰電池的從無到有。
目前磷酸鐵鋰正極材料雖然還存在批次性能不易穩定的問題,但是現在發展卻是最快的。黃學杰認為,從正常的角度來說,一個新材料從實驗室走向市場需要10年以上的時間,即使進入生產階段的產品也需要3~5年的時間才能走向穩定。從性能指標來看,無論是壽命、比能量還是安全性方面,磷酸鐵鋰電池已經全面超過了純錳酸鋰電池,因此他看好磷酸鐵鋰正極材料的發展。
同時國內氧化物正極材料的進步也很快,三氧化二鋁包覆尖晶石錳酸鋰材料進行改性,熱處理后形成表面梯度滲鋁層,電池材料可逆容量達到107毫安時/克,55C循環200次容量保持率大于90%,可滿足生產混合電池用高功率鋰離子電池的需求。此外,錳酸鋰改進工藝技術還在不斷進步中,三元層狀材料已經規模產業化,可逆容量達到165毫安時/克,更高容量的低鈷富鋰錳基正極材料也開始進入試驗生產和應用階段。
目標實現尚存變數
但是能否真正達到《新材料產業“十二五”發展規劃》中提到的目標,一方面是看技術水平能否實現,另一方面還要看市場是否能夠接受。黃學杰表示,目前電動汽車產業的發展離不開政府的強力支持,即使到2015年動力電池達到150瓦時/千克的比能量以及2元/瓦時以下的成本,電動汽車進入市場還需要在政府適當補貼的情況下才能持續下去。如果到了2020年的電池的比能量再提升一倍,成本再下降50%,政府不提供補貼,電動汽車也可以實現商業化,但這是一個非常具有挑戰性的目標。
上海交通大學化學化工學院教授楊軍也告訴記者,如果按照正極材料全部為磷酸鐵鋰估算,新增4.5萬噸/年的產能可以增加約70萬輛純電動車(或約700萬輛HEV),但這畢竟是規劃,實際情況要看國際原油價格的走勢、政策推動和電池材料的降價空間。他還特別指出,先進電池材料專項中提出的開展大容量鈉硫城網大儲能電池研究,包括了單體電池、電池模塊和大容量城網電池儲能系統三個方面,這將有助于解決電力供應安全、城市電力的削峰填谷、提高電力利用效率以及建造分散電源中心存在的關鍵問題。但同時也必須認識到,大容量鈉硫城網大儲能電池的研發是一塊“硬骨頭”,實施起來難度很大。
構建平臺攜手發展
針對《規劃》提出的先進電池材料專項工程的主要內容,黃學杰指出,先進電池材料專項工程不僅對關鍵材料及電池的制造、裝備等系統技術提出了升級要求,還包括了電池回收等支撐技術方面的內容,因此實施這一專項工程的目標不僅僅是完善電池材料的供應鏈,還要構建產業供需技術平臺。目前迫切需要解決的問題是能不能找到這樣一個合適的平臺,使各個企業和科研單位之間消除相互的技術封鎖和研發的低水平重復,攜起手來共同發展。如果能夠解決好這個問題,我國電池產業的發展速度應該可以更快一些。
他指出,我們還需要特別重視建立國家動力和儲能電池材料的創新研究平臺,穩定地支持基礎研究,同時建立較高的技術標準和性能評價體系。鋰離子電池的材料體系非常豐富,包括正極材料鈷酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰,負極也有碳材料鈦酸鋰,硅基復合材料等,甚至一些有機和生物材料也可作為電極材料,所以適應能力很強,小到比手機更小的電子設備的應用,大到幾百噸的電池甚至是將來幾千噸的電池裝在一起的儲能電站。
他堅信,隨著國家支持力度的加大、資金投入的增加以及研發經驗的積累,先進電池材料專項工程的目標是可以實現的。