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》的專題報告。以下是其魯教授的演講報告：

其魯：大家下午好。

又一次有機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調(diào)一下，強調(diào)的依據(jù)就是大量的實驗結(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，除了正極材料當然也有負極材料，在過去的二十多年當中，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，但是在大量的實際當中發(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使用導(dǎo)致的，當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)實際情況處理好，在中國目前的狀況下，我認為電動汽車，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。我們當初介入電動汽車也是迫于無奈，因為我們做出了漸進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年的時候北京奧運會之前，北京有數(shù)百輛汽車使用了多元負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)達的區(qū)域，上午的信息也表示了，年產(chǎn)量達到十幾萬輛，問題是政府如何去考慮推動，市場如何去操作。關(guān)于這些細節(jié)的問題，我就不多說了。總之，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嚹兀啃枰谧钠髽I(yè)家認真考慮這些問題。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)展的好機會并且把握好這個機會。

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，負極材料、隔膜材料，里面大量的各種各樣的材料里非常可怕。所以電池控制管理不好，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，因為到目前為止，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。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年奧運會結(jié)束后，按照當時的結(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也應(yīng)該比較容易解決。

在今天的技術(shù)情況下，漸進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。混合動力車電池，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。當然了，我指的是生產(chǎn)、品質(zhì)檢驗，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，兩個電壓的標尺是完全不一樣的，尤其是作為漸進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算機，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)和研究單位都進入到高電壓材料領(lǐng)域。我認為，像漸進式摻雜鎳的具有漸進式結(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備，適當?shù)臅r候會進入市場。這個電池有很多特點，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告當中，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，達到120，有可能還會實現(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，負極材料明天也會有一個很好思路的報告，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行使用。如果這個問題不處理好，我們得到的漸進式錳酸、多元負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，實際上完全可以考慮自然能源的使用。因為今天全球還有數(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。在城市當中，在國外很多城市給自己的車供電，已經(jīng)實現(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，我覺得是為期不遠的。

用了這些時間簡單講了這些問題，謝謝大家。