电动技术产业与锂离子电池

1、电动技术产业与锂离子电池(2009-05-30 20:46:54)杨裕生中国工程院院士各位先生，女士，我是一个军人，对于投资是一窃不通。所以说今天是来学习。对于能源我也是拐了一个弯，我本来是在新疆核实验基地从事核试验工作。快到 60 岁了就招我回来北京工作，到北京做储能电池的工作。今天来和大家讨论一下关于电动汽车产业和锂离子电池。主要是我这几年在储能方面的一些看法，一些想法。今天这个论坛讲到节能与新能源。节能是一个通俗的说法，按照学术术语，提高能源的利用效率。 新能源的概念比较宽， 也可以说很多过去没有大规模利用的能源物资用上了，这叫做新能源，这个概念是不断变化的。从蓄电这个角度来讲， 怎么能

2、够把能量转换过程当中的效率提高？把它用到我们应该充分发挥作用的地方？我今天讲的这个问题有五个方面。一、发展电动车必要、可行1、减轻城市空气污染现在城市空气污染的50来自于汽车。2、石油与国家能源安全问题现在我们国家的石油对外依存度达到 50，现在每年要从国外运进来的石油和原油加起来有 1 亿 7 千万吨，运进来的油基本上都是用在交通运输上。3、减少二氧化碳排放，缓解温室效应1 亿吨油产生二氧化碳3 亿吨。现在我们国家年销售的汽车将近1000 万辆。刚才报告当中讲到是930 多万辆，我们还进口几十万辆。所以现在发展电动车是刻不容缓的， 电动车来减少汽车排放。 电动车靠电池，这张图上可以看到各种不

3、同的电池的能量比。 横坐标是每单位重量能够放出的能量，纵坐标是每升能放出的瓦时数。 下面这个超级电容器是比能量最小， 铅酸电池提高了，沥青电池更高， 锂离子电池是处于目前的最高阶段。 现在还在技术进步的是做锂硫电池和锂氧电池。锂离子电池的电压比它们高， 能量比他们高， 寿命可以 500 2000 次，铅酸电池大概是 300500。电池充满了之后放在那里放一个月之后损失的能量，锂离子电池是 6 8，铅酸电池比较高。充放电的倍率，如果是2 小时放完就是 0.5C，如果是 6 分钟放完就是 10C。锂离子电池可以快速的充电，放电。由于锂离子电池的发展，现在电动汽车就有很大的优势。去年北京奥运会和残奥

4、会， 我们国家有 595 辆新能源汽车在会场运行， 行驶200 多万公里。锰酸锂的、磷酸铁锂为正极的动力锂离子电池开动的 55 辆大客车。电池的技术现在还在不断的进步，材料纳米化，提高比功率，国产隔膜，价格低。电池生产向半自动化前进， 可靠性，一致性提高。电源管理和控制系统改进，提高了电池的安全性和循环寿命。现在动力锂离子电池大发展的条件基本具备。国外很多过去做手机小电池的， 单机电池使用的一些公司现在都纷纷的向动力电池发展。也就是从一个安时到上百安时的电池扩大。 现在国内外纷纷投资于动力电池。国外的情况发展很快。 日产和 NEC合资，日本丰田和松下也生产动力性的锂离子电池。三菱汽车也在去年定

5、存了计划。 I123 公司是美国一个生产磷酸铁锂的一家公司。日立、新神户也在强化锂离子电池。日本三洋和德国大众合作。二、何种电动车优先发展？客车、轿车、自行车、摩托车都应该电动化。纯电动车自行车在压制下自发蓬勃发展。因为很多城市不允许电动自行车上路。就是在这种情况下， 电动自行车年产 1900 万辆。全国拥有的电动自行车已经接近1 亿辆。因为它符合大众的需要。摩托车的电动化现在已经启动， 正在有序的推进， 潜力很大。 但是选择样的车子优先发展就有着不同的认识和估计。现在有四种电动车，哪种优先发展？1、油电混合车实际上是用油，它省油不多，价格不低。这种车是以烧油的发动机为主，配了一个很小的电池作

6、为启动上坡的辅助工具，和下坡能量回收的作用。 所以它能够节能，但是节能不多。首先是从日本推出来的，这个车在美国，日本曾经的销路很好。他们为什么要发展这样的车？因为它里面有传统的烧油的发动机， 这在他们国家是非常强的工艺体系，不能把它扔掉。要扔掉的话就有很多人要失业，损失非常大。混合电动车比普通的公交车要贵得多，现在还很少，主要是车。2、外充电式混合电动车这个车里面有一组比较大的电池， 可以拉出线出来可以充电， 充电之后可以走四、五十公里，电用完以后烧油的发动机就可以发动。电主要是开动车辆。这个车子是美国开始提出来的概念。 它有电和油的两套系统。 这两套系统要互相配合，所以它的控制系统也比较复杂

7、， 价格也比较贵。 但是在电池的比能量没有提高之前，对于长途行驶，这种车还是有它的作用，所以它是过渡性的车种。3、燃料电池电动车这是受美国清洁节能的影响造成的一些错觉和误导， 认为这是解决能源的最终的办法。现在看起来在近期或者中期不可能大发展。 这和刚才的报告观点很一致。原因是它的价格太贵，市场很小，系统复杂，维护困难，寿命不够长，氢的储运有难题，电氢电转换效率低、铂的资源部够用。一吨白金100 万克，只够 5 万辆小轿车。 全国现在白金产量一年是 4 个。即使了所有的首饰不做， 化工厂里的白金催化剂都不用， 也只能够做 200 万辆车左右。解决不了电动车的电动化问题。远期怎么样就要看技术发展

8、如何， 比如说白金能不能不用？或者是其他的技术问题，除氢的方法能不能很好的解决。4、纯电动车应该优先发展理由一：是它不用油， 适合我国缺油的国情。 每 13 度电可以行驶 300 公里。现在每 100 公里烧 10 升油的汽车大概需要13 度电。理由二：结构简单主要是因为锂离子电池突出纯电动车的优势，既可以按照美国和欧洲的理念来发展高档车，更要按照中国的国情和现在的理念来发展普及车。我要讲讲能源消费和生活消费的理念问题。我们国家 65的能源用在工业上， 35的能源用在人民的生活上。我们是 13 亿人口，按照每一个人的能源消耗，生活消耗是在全世界属于最低的那一类里面。 随着人民生活水平的提高，

9、生活的耗能是会提高的。 如果我们消费能源的概念都按照美国那样浪费能源， 再多的煤，再多的油都满足不了中国 13 亿，将来 15 亿人口的需要。 所以节能不是一个短期的问题，是一个长远的国策。首先必须从理念上改变，不能模仿美国，包括欧洲的生活方式。比如说刚才主持人讲到的会场空调的温度。我们国家规定夏天不要低于25 度。拼命降温降到 25 度以下。冬天不要高于度。这样一个标准符合中国的国情。而美国人冬天在房间里面也要穿单衣服，夏天要穿背心，要保温，因为它空调调得很低。这种做法是严重的浪费能源，是把子孙后代的能源现在都用了。中国不能这样做。汽车上面也有理念问题。 现在要比谁的汽车豪华显示他的身份高。

10、 实际上是没有感到浪费了能源是不好的事情。 所以我觉得理念很重要的， 以节约能源为荣，以浪费能源为耻。这是把胡 * 提出来的节约和浪费具体化了。 所以车子不要做大，不要比大。现在还有一种新的结构我觉得是相当有推广价值。 刚才美国做的车子是外插式的。现在有一种车既可以外插， 在车身又装了一台发电机。 这个发电机发出来的电可以给电池充电， 也可以直接送到电动机上。 车上没有烧油， 直接把油发出动力传到车轴上。 这是一个纯电动车， 它是靠电动机来驱动的。 所以它是既可以在停车的时候在电网上面充电， 也可以用车上的发电机来充电， 所以我把它叫做“双充”式电动车。它没有现在的内燃机车那么复杂的动力系统。

11、纯电动车可替代多少油？出租车一天要烧 10 升油，全国有 100 万辆出租车，一天可以省 4 万吨。而且出租车的发展很快。加上电动自行车，电动摩托车以及其他的车辆。如果是 100 万辆公共汽车可以省 10 万吨油。用煤合成车用油不合算节能是把能源的效率提高， 能源使用效率提高可以算算煤。 如果一公斤的煤用它来发电的话可以发 3 度电。它可以让电动车行驶 20 公里左右。如果造油的话是 4 吨半煤造 1 吨油， 1 公斤煤可以造 250 毫升油，车子可以走 22.5 公里。这个能效差 810 倍。也就是说，中国的油不够，煤比较多，那用煤来做油，发展烧油的车，这条路是浪费能源的，而是应该发展电动车

12、。能源使用效率达到倍之差。我不是不赞成煤合成油， 在飞机上， 在可见未来几十年里面， 飞机要用电还是挺难的。所以要把油省下来做飞机，不要用在汽车上。三、“电动技术产业”的兴起什么是电动技术产业？这个名字是我取的。 合适不合适大家可以讨论。 就是以电动车的生产、 运行为主体的高技术产业群。 这是一个高技术产业群。 它包括下面几个方面：第一：电动车，电动机、电控系统。这是一个小的产业群。第二：动力电池、电源管理、能量回收第三：正极材料、负极材料、电解液、膜第四：电池回收、电池复用、资源再生第五：供电体系、充电设施、充电服务如果年产 500 万辆电动车，占现在国家的一半， 年产值大概有 3 万亿元。

13、电动技术产业这么大的发展规模和这么宽的范围， 很值得我们认真的加以考虑，具体化。可以设想一下发展的路线图。 从 2010 年到 2030 年有不同时期的产量。我估计明年大概可以有 1 万辆车。这还是很小的， 但是它的发展速度可能是很快的。相应的要有配套的电池，配套的电解材料。电解材料要做的话，前面还要有原料，比如说碳酸锂。配套的电解液都要有相应的发展规模。大家可能问一个问题， 锂的资源够不够？现在我们国家金属锂 383 万吨，主要分配在青海、西藏和江西。 383 万吨的做成碳酸锂的话可以做 2000 万吨，相当于轿车以刚才的发展速度到 2030 年需要 6 万吨碳酸锂，可以供 330 年用，所

14、以锂的资源不成问题。 而且现在锂的资源还在不断的发现。 比如说江西过去讲他的锂储量是 23.6 万吨，去年江西说是120 万吨。另外，锂还可以回收， 因为做成锂离子动力电池个头比较大。海水中有大量的锂，海水锂的浓度不高，一升只有0.15 克，但是海水的量很大。现在锂电池价格发展贵，如果每一度电的锂电池降到2000 块钱，它的寿命提高到 2000 次循环充放电。这个电池的折旧，每次充电大概只有1 块钱。一个微型小轿车 1 公里只要花 1 毛钱的电池费用，而微型小轿车的油费至少要3 毛钱。所以微型电动车，小型电动车的发展在节能方面是非常有潜力的。四、“电动技术产业”的路径中国发展电动车到底怎么走？

15、刚才说这几种电动车， 到底哪种为先？生物里面燃料电池为重点， 40投到燃料电池。 十一五以混合电动车为主， 刚才的报告里面也讲到了混合电动车是排在第一位的。1、中国到底应该怎么走？2、动力电池市场如何培育？动力电池是动力电动产业的核心， 怎么做大做好做强？现在的动力电池是不挣钱的，如果要想投动力电池，要准备在培育期间贴钱。3、如何解决用户的顾虑？如果不解决用户的顾虑，纯电动车推广不了。电池组的运行模式，这是用户最关心的。几点思考：1、我国纯电动车应先做微四轮车、小四轮车、电动摩托车，要先小后大，先易后难，先低后高。我这里提的要从耗电少、 电池少的做起， 这样价格就比较低。 与消费水平相当，买得

16、起，用户多，电池厂的风险比较小，电池厂就可以自我发展。最多做到50AH的。要吸取电动自行车的教训，引导、鼓励和帮助。我很担心微型车会很难上路，很难给牌照。最后像电动自行车那样的结果。集团拥车，电动化很有利。包括出租车、机构用车发展比较快，节油减排的潜力比较大，电池可以集中管理，充电，所以用电动车还是很有利的。摩托车要加速电动化，因为摩托车的数量很大，它的污染很重，耗油很多，节油减排的潜力大。2、电从何处来？1）直接用电网的“谷电”。夜间的时候电网的用电是低谷状态， 白天是高峰。谷电消费不掉积压了一半。也就是有一半电是电网公司降低处理， 而且要花很多的钱建抽水循环电站， 把晚上的电用来抽水， 抽

17、到高山上建一个水车， 白天用高山上的水再做水力发电， 水再放下来。这样做就很有局限性， 要是找不到高山建水车， 这个抽水电站就建不成。现在如果用纯电动车夜里充电就替电网分散了调峰， 用户省钱了，又能节能减排。如果用 1 亿千瓦电来充电，就可以给 2500 万辆电动车，以及 170 万辆纯电动客车充电。 如果用 1 亿千瓦充电， 不要增加电网的设备就可以解决问题， 而且只用了其中的 1/4 。2）风能发电利用我们国家陆上离地面 10 米技术可开发量 3 亿千瓦，陆上 70 米高度，海上的风能资源很大。 如果把风能发出来的电直接充电就比散网好处理， 而且我们拜访几个电厂都是夜里风大，白天风小。3）

18、核能发电利用现在全国有将近 1 千万千瓦的恒能电装机。现在国家批准了 7000 万千瓦。所以发展也是很快。核能发电要求 1 天 24 小时稳态运行，电网销不出去，也要照样努力发电。所以晚上的电将来就富裕得更多。电动车的调峰， 给电动车充电不是用煤， 实际上是用了风电和核电， 不增加排放。3、电池组的“延寿”与降价延长电池组的寿命是最大的降价。如果一套电池充电放电 300500 次，延长到 2000 次。一套电池等于 45 套的价格。如果一辆公交车电池 2 吨，可以蓄 200 度电，可以行驶 200 公里。现在的电池单价是 3000 元一度买这个电池的容量， 这组电池需要 60 万元。如果能够充

19、放电 1000 次，行驶 20 万公里，每 1 公里是 3 块钱。电池的成本加上充电维持的费用大概可能 1 块钱。这样就可以和现在烧油的相当。如果电池寿命小于 1000 次就难以维持。我这里讲电池的寿命是电池组， 而不是单节电池。 电池组是由多节电池串联或者是并联起来。 所以要求电池要有很好的一致性， 很好的管理系统， 这是电池厂的事情。再有是正确的充电，合理使用。这是车主的问题。只有这几个方面很好的协调了， 电池的寿命才能长。 电池长要保证电池的使用寿命，电池的历程，在使用期间要负责保修，包换，这样可以使用户放心。但是这个充电的责任谁来负？用户和电池厂就会扯皮。 要有一个创新的机制把各方面的

20、利益协调起来。4、组成充电的运营公司比如说买汽车的人不买电池，只买车，租电池。电池厂、电网、车厂合营组成一个运营的公司，这个电池厂保证电池的运行质量，保换，保修，专业维护，这个电池的寿命就可以长。专业充电和维护，寿命长。电网公司调峰也高兴，再定出一个合理的租用电池的制度和标准。当然政府还要给一定的政策。也可以用户自己充电，在自己家里，在停车场，多种方式互相补充竞争。前面说的组成一个公司，现在在江苏无锡市已经有一个电动自行车的公司。据说运行得还是不错。 这个公司叫做国佳， 这个模式可以将来推广到电动汽车上面。五、扶植“电动技术产业”的政策政府规划“电动技术产业”的发展，正确引导加大优惠力度鼓励动

21、力电池企业出产优秀电池普及电费分时计价，拉开峰谷电极的差距发展多种方式的用户充电服务，电力部门参与不断深化燃油税费改革，大力“限油”我们国家的燃油税比欧洲低得太多了， 油价不合理。 但是要照顾农民， 农民用油将来可以在粮食补贴里给他补。政府想振兴汽车产业，应主要考虑内资电动汽车，尤其是民营企业的汽车。因为现在很多国营汽车企业都和外资合资了，给他补助相当于给外国补了一半。结束语：1、节能减排是国家长久利益所在要改变坐车的观念，以节能减排为荣。2、纯电动车最节能减排，汽车跨越式发展，要抓住机遇，大力投入，培育市场3、锂离子电池是“电动技术产业的的核心。要提高产量。降低成本4、“电动技术产业”的长远发展要有新电池，要有自主知识产权。谢谢大家！ 出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂， 今天下三分， 益州疲弊， 此诚危急存亡之秋也。然侍卫之臣不懈于内，忠志之士