废弃的镍镉电池 经济日报·中国经济网记者 郭静原
电动汽车可靠吗，充电时间长，用车成本高？冬天开电动汽车续航里程明显减少，有没有什么好办法？报废电池能无害化处理吗？电池技术革命对汽车行业影响深远，如何保障出行便捷安全？专家为您解答。
电池已经深深融入人们生活的方方面面，其中荣获2019年诺贝尔化学奖的锂电池技术被广泛应用于汽车、手机、笔记本电脑等领域。目前，我国新能源汽车市场保有量和增速均为全球第一，电动汽车的“油箱”备受关注。那么，电池技术将如何推动汽车产业的进步，让人们的出行更加便捷、安全？在中国科协近日启动的“科学麻辣烫”活动上，三位专家齐聚一堂，共同探讨电池革命对汽车领域发展的影响。
电池革命即将到来？
说到电池，很多人的第一印象就是它只是生活中“无足轻重”的电子配件。起初，科学界也将电池归类为电子元器件进行研发。随着电子产品的迅速普及，人们对能源的需求增加，电池的地位也随之上升。
“上个世纪传统化石能源无序开发利用导致环境污染严重，新型清洁能源、大型储能系统成为新的发展热点，打造‘充电宝’需要电化学性能优异、绿色环保、价格低廉的二次电池。”北京理工大学材料科学与工程学院教授陈仁杰告诉记者，二次电池是新型清洁能源交通运输的核心技术，5G移动通信、航空航天等领域对其安全性、能量密度、环境适应性等性能要求更高。
“跑不了多远”，生活中，电动汽车的续航问题常常困扰着用户。其实，科学家们一直致力于提高电池的“功率”。从铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池，到现在的锂离子电池，通过理论突破和材料创新，电池的能量密度不断提升。“与现有的锂离子电池相比，锂硫电池的能量密度可以更高。”陈仁杰介绍，他和研究团队目前正在针对电池能量密度、循环性能、功率特性和安全性等逐一提出改进思路和研究策略，希望通过材料创新真正开发出性能更优的锂硫二次电池体系。
电池革命仅仅发生在材料领域吗？答案显然是否定的。合理高效的充放电管理，也能让电池的使用寿命更长。“动力电池系统的性能不仅取决于单块电池，充放电末期的‘木桶效应’、‘扫帚效应’也很重要，加强动力电池组的能量、安全性、耐久性管理也很重要。”北京理工大学机电与车辆工程学院教授何宏文说。
随着锂电池技术的进步，以及整车、电机、电池和电控技术的不断提升，高性能、长续航的电动汽车已经成为可能。“长续航设计是当前电动汽车性能升级的特点之一。”何宏文举例称，北汽纯电动汽车的续航里程由原来的140公里提升到目前的500多公里，续航对于电动汽车来说已经不再是问题。
电动汽车值得买吗？
如今，大街小巷中行驶的绿牌车越来越多，而随着新能源汽车市场的壮大，围观者的质疑声也不断出现。
电动车充电时间长吗？专家表示，技术创新也在推动汽车充电解决方案的完善，不仅有慢充、快充、无线充电等多种充电方案，民众还可以通过“换电”实现快速补电，有效提升电动车的驾驶体验。
电动汽车贵吗？何宏文并不这么认为。他表示，“电动汽车价格或许高，但从汽车的购置成本、使用成本、维护成本等全生命周期综合成本来看，以10年为单位可以推算：电动汽车全生命周期成本比传统汽车低10%左右。”
还有消费者最关心的安全问题，车辆电池起火事件时常见诸报端，电动车还能放心购买吗？“虽然电动车暴露出一些安全隐患，但可以从安全的动力电池材料体系、动力电池安全管理等方面入手解决问题。”何洪文表示，我国已率先建立新能源汽车三级监管平台，积累了充足的一手数据，努力提升电动车安全性能。
“其中，提升电池安全性可以从两个方面入手：一是电池材料的设计优化与改性，最直接的方式就是创新不同的电解质材料；二是改进电池的结构和制备工艺。”对此，陈仁杰解释道，现有的锂离子电池仍然主要采用易燃易挥发的有机液态电解质，热稳定性较差，容易发生安全事故。“固态电池是二次电池发展的重要方向，其关键技术是研发性能优异的固态电解质，并与电极材料实现良好的兼容性。这些工作既是当前研究的热点，也是难点，仍需继续攻关创新。”
“汽油车已经有130多年的历史，消费者对电动汽车也应该有耐心。行业各相关方需要从目前暴露出的安全隐患入手，解决电动汽车续航里程、成本、安全等一系列问题。”何洪文认为，电池安全管理技术的提升是一个系统性积累的过程。需要基于模型、数据对电池进行在线安全评估，确保电池安全；一旦电池出现问题，需要开启主动控制，确保车辆安全；利用整车的主动防护设计措施，在极端情况下给人员逃生留出足够的时间，确保人员安全。总之，建立电动汽车安全风险多级管控的长效机制，是确保电池状态稳定、车辆安全的关键。
随着科技的进步，大数据、云控、智能化为提升动力电池安全管理提供了新机遇。何宏文表示，通过升级安全的电池材料体系，辅以智能化的动力电池管理，可进一步提升动力电池系统的安全性能。同时，随着碳交易政策的落地，电动汽车全生命周期的成本优势和规模市场效益将日益凸显。“汽车电动化是国际公认的发展趋势，汽车性能提升带动的新型电池需求也日益增加，电池技术革命始终在路上”，何宏文说。
换车比换电池还好吗？
2013年，北京开始在民间推广纯电动汽车，我国第一批电动车主由此诞生。如今，6年过去了，一批批车主选择了电动车，但随之而来的却是新能源汽车电池的报废潮。高昂的换电价格让他们感叹，“换车不如换电池”。
随着越来越多的电动汽车投入市场，废旧电池的处理成了难题。“2018年，我国报废电池达到6000吨左右，3年后这个数字将达到20万至30万吨，产业解决尤为迫切。”全国废化学品处置标准委员会委员林晓表示，要对报废电池资源进行规范回收利用，防范污染和安全风险。
“报废电动车电池关键问题在于收集渠道和资源利用，旧手机、充电宝等电子产品回收没有合规渠道，如何从消费者手中收集报废电动车电池，在解决安全隐患的同时实现资源回收，是未来最大的挑战。”林晓向记者展示了一组数据。一辆纯电动汽车的电池从自动化组装到出厂仅需2分钟，但拆解一辆电动汽车的电池却需要2名工人近8个小时。据统计，我国消耗的锂资源中，只有不到10%来自再生锂资源，部分电池仍未得到有效回收利用。
随着锂电池体积越来越大、镍元素越来越丰富，其价格也越来越低。近10年来，电池价格已降至原来的十分之一，材料溢价不断降低，意味着电池材料中金属元素的价格已越来越贴近电池价格。林晓表示，通过电池回收基本可以实现盈利，但仍需探索更加成熟的产业解决方案。目前，锂离子电池的回收技术在常规消费领域已经存在，但动力电池的材料和体系有所不同，亟待进一步研发解决问题。
“废旧电池处理不能再走先污染后治理的老路了。”陈仁杰建议，在电池设计、制造的源头就应选用对环境十分友好的绿色电池材料，同时兼顾电化学性能，构建绿色电池体系。通过重新设计、再利用和回收，才能真正实现电池的绿色指标。