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储能匠人专访 专注锂电25年 固体化学博士薛嘉渔

伊莎菲尔 2019-09-24 16:34 发文

或许每个行业都需要鲁迅那样说真话的人,敢于戳破浮华的表象,直面残酷的真相。--薛嘉渔博士


薛嘉渔博士持有加拿大麦克马斯特大学固态化学博士学位,曾任美国Ultralife电池公司首席科学家、金霸王电池公司电池新材料开发项目负责人、A123 系统公司电池技术总监及北京低碳清洁能源研究所资深主任等职,拥有12项专利,发表过50多篇科技论文,参与拟写多项锂离子电池相关的国家标准,及国家储能产业“十三五”规划重大课题研究报告。


1994年在加拿大进入锂电行业,2002年底回到国内。薛嘉渔作为资深锂电人,和我们谈了他对行业的一些观点。


锂电的发展,离不开电动车和储能带来的广阔的应用市场;很多电池企业看到了广阔的市场商机,而薛嘉渔作为一个资深锂电人却透过蒸蒸日上的锂电行业,看到了危机重重的现实。


在当前这个炙手可热的行业里,薛嘉渔的担忧显得有些不合时宜。但是行业需要不同的观点和看法,让大家进行客观、理性的思考。


01锂离子还未达到储能市场要求


国内的锂离子电池发展速度很快,到目前为止中国锂电在产量上已经超过了日本与韩国,成为全世界生产锂离子电池数量最多的国家。


世界上的锂电产品的商业化至今已有28年,可以说其发展史是一场追逐赛,而通过近些年来电动车和储能应用市场的打开,让中国得以与世界锂电强国,日本和韩国进行竞争。


在本世纪初,国内锂电行业始于落后的境地,由于锂电产业链上下游各个企业艰苦卓绝地奋起直追、学习日韩国家的全自动生产线制作流程、培养技术和管理人才,很多公司如今已经打造成了一套相对完备的产业化体系。


薛嘉渔坦言,国内在这方面已经比他刚回国时有了长足的进步。但是关键的核心技术依然没有打破日本与韩国的水准,想要超越的路途仍然任重而道远。


目前,中国锂离子电池产品的产量虽然已经超过了日韩,得益于国内巨大的电动车和储能市场。薛嘉渔认为储能市场将是一个比电动车市场更加庞大的市场,但国内目前还有很多工作要做,如:自动化生产设备的开发、生产工艺的开发都需要花费极大的精力和耐心去完成,尤其是在电池材料方面的突破。


只有当材料科学家研究出一种全新的锂电材料,才能使锂电行业发生量子化的跃迁…… 这是薛嘉渔在加拿大的前导师Jeff Dahn教授在1994年说过的一句话。全世界都在翘首以盼新材料的到来,中国能否在万众瞩目中研究出一种高安全、高性能的锂电材料?薛嘉渔感慨地说,我们需要真正的材料科学家。


他说到自己回国的16年中,看着中国锂电产业逐步壮大,但是在基础材料研究方面还是做得很不够,希望有生之年能够看到具有颠覆性的研究成果,见证中国锂电新的崛起。


02安全第一?能量密度第一?


由于国家对于电动车的补贴政策是以能量密度为基准的,所以在中国锂电行业出现了很多企业几乎一窝蜂地奔向了高能量密度的三元锂电池而不是安全性更好的磷酸铁锂电池。


薛嘉渔认为这是拔苗助长,国家政策导向的本意应该是促进锂电行业的快速发展,但是结果却差强人意。不断出现的安全事故说明了:我们在研究真正安全的锂电材料及锂电、模组和电池包的组装方面下的功夫不足,在杜绝不安全产品流入市场的力度不够。


薛嘉渔在谈到大家所说的电动车“里程焦虑”时,他认为必须在确保安全性的前提下来谈电动车里程。从这一点来说磷酸铁锂电池是相对安全的电池,钛酸锂电池是他在25年锂电生涯里见到的最安全的锂电。


钛酸锂电池具有许多优点:安全、循环次数多(所以成本低)、高低温性能好和高倍率充放电;它的唯一缺点就是能量密度较低。对于储能应用来说,应该是一个较好的选择。对于储能来说钛酸锂电池的使用寿命长,这样成本就低了很多;储能需要成千上万个电池串并联在一起共同工作,钛酸锂电池安全性高、动态一致性好,出事故的可能性就大大降低。


尤其是在电网调频的应用上,钛酸锂电池高功率放电的特性在这个应用上具有极大的优势,可以在极短的时间内把能量快速注入电网、稳定电网频率,而常规锂离子电池堆达到同样功效所需的电池数量就可能是钛酸锂电池的数倍。


薛嘉渔认为钛酸锂电池除了以上提到的优点之外,其能量密度较低的缺点只是占用更大的空间及增加重量而已,如果能够换来电堆的安全性、10倍的使用寿命、高功率充放电能力、高低温条件下更有效的运作等好处,还是非常值得的。


目前钛酸锂电池还只是一个小众的电池,藏在深闺无人识。其实日本的东芝公司在2016年就已经用此锂电产品将一百多万辆乘用车、物流车、大巴以及车用启停系统推向了市场。所以薛嘉渔认为,对传统锂电的跟风并不是一条聪明的、易出成果的途径。


03推动行业成长


要从根本上同时解决能量密度和安全性的问题,薛嘉渔坦言只有找到一种颠覆性的锂电材料。然后他又补充到光找到新的材料还不够,还需要能够进行批量生产。


这需要提高到国家战略层面,需要有政策支持。通过专注的、持之以恒的长期研究,厚积薄发,克服当前大环境中的浮躁情绪。薛嘉渔认为,我们需要真正的材料科学家,即“仰望星空的人”。


04梯次利用与资源回收


退役电池的处理一直是大众关注的焦点,也是迫在眉睫需要解决的事情。薛嘉渔首先指出梯次利用是极端困难的,他解释道:梯次利用就是指用完的电池可以拿来做一些要求比较低的应用,有人认为储能对锂电的要求比电动车低。


薛嘉渔并不认为这种观点是正确的,首先他说储能实际上对电池的要求很高,退役电池的健康状况很难检测,其一致性根本无法保证,把这些具有隐患的电池组成一个储能堆同时要发挥储能功能是一件非常危险的事。


正是因为储能应用需要的锂电数量众多,使用退役锂离子电池的梯次利用组成储能堆本身所花费的力气一点不少,最终难以协同作战发挥作用就得不偿失了。退役锂离子电池的梯次利用仿佛在广阔的市场中埋下越来越多的定时炸弹,你很难预测梯次利用的电池会在什么时候发生着火或爆炸,会出现多大程度的伤害?


而锂离子电池回收是合理的。其实锂电对环境的危害比传统的电池,如铅酸电池,碱性电池要小。其回收的重点应该是在行业建立统一的电池标准,即电池的尺寸和型号不能太多,这样更有利于自动化回收,可以用机械手来对回收电池进行切割、拆解正负极…等等。以便提高效率,节约成本。


无论在什么情况下,薛嘉渔对于锂电的选择始终是以安全第一,因为人的生命是最宝贵的。


为了规范锂电行业,国家已经出台了许多锂电相关的“国家标准”。薛嘉渔认为我国已经制定了远多于日韩与欧美的标准。但很多“标准”并没有得到真正意义上的执行。锂电行业还是群雄四起、各自为政。他认为行业协会,如“华东储能领跑者联盟”,应该致力于锂电技术的交流、成为高校和企业间的桥梁,为推动行业的发展做贡献。


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