鋰電池還沒(méi)準(zhǔn)備好

最近，復(fù)旦大學(xué)教授吳宇平壓力很大。

3月中旬，他的一項(xiàng)關(guān)于水系鋰電池的最新研究成果，被多家媒體誤讀為“電動(dòng)車充電10秒可跑400公里”，如果真是這樣，就意味著尚存諸多技術(shù)難題的純電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)一夜之間看見(jiàn)了曙光。

因此，有行業(yè)分析立即指出，鋰資源、鋰電池材料和鋰電池制造的產(chǎn)業(yè)鏈上市公司將被爆炒。果然，受此消息提振，鋰電池概念股表現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)，多只個(gè)股一度飆升到兩市漲幅榜前列。

然而，這一消息很快遭遇業(yè)內(nèi)專家的質(zhì)疑，“這就像水變油一樣，在科學(xué)上是不成立的。”復(fù)旦大學(xué)黨委宣傳部向《財(cái)經(jīng)》記者出具材料，認(rèn)為出現(xiàn)這樣的結(jié)果，起始于媒體的錯(cuò)誤解讀，然后被股市莊家和券商借用炒作。

吳宇平課題組的這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室成果為一種新型水鋰電池。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)顯示，其能量密度比同樣大小的傳統(tǒng)鋰電池高出80%，能量效率高達(dá)95%。這一研究成果發(fā)表于3月7日《自然》出版集團(tuán)旗下的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放期刊《科學(xué)報(bào)道》（Scientific Reports）。

一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室成果被夸大成為炒作題材，從另外一個(gè)角度看，正說(shuō)明鋰電池行業(yè)缺乏激動(dòng)人心的進(jìn)展，特別是動(dòng)力鋰電池存在著諸多技術(shù)瓶頸，造成純電動(dòng)車市場(chǎng)踟躕不前，而且這種障礙將長(zhǎng)期存在。

被夸大的成果

3月13日，本是吳宇平的一個(gè)大日子。復(fù)旦大學(xué)新聞中心邀請(qǐng)多家媒體對(duì)“水鋰電”成果進(jìn)行集體采訪。

傳統(tǒng)鋰電池的工作原理，是依靠鋰離子在正負(fù)電極之間的遷移而產(chǎn)生電流。所使用的電解液多為有機(jī)溶劑，對(duì)水分的要求非?？量蹋?yàn)殇嚨幕瘜W(xué)性質(zhì)很活潑，跟水接觸會(huì)發(fā)生劇烈反應(yīng)，釋放出易燃易爆的氫氣，所以1噸重的電解液中，水含量不能超過(guò)15克。如果水分控制不好，鋰電池在使用中會(huì)像烤面包一樣鼓脹起來(lái)，只能報(bào)廢。

吳宇平課題組反其道而行之，選用水溶液制作鋰電池。其創(chuàng)新點(diǎn)在于：在金屬鋰外面包覆一層高分子材料和無(wú)機(jī)材料制成的復(fù)合膜，然后將其置于普通水溶液中，相比粘性很大的有機(jī)電解液，鋰離子在粘性很小的水里奔跑能提速10倍到100倍，因而具備快速充放電的能力。

在介紹“水鋰電”的特性時(shí)，吳宇平舉例說(shuō)，如果充電設(shè)備符合要求，從實(shí)驗(yàn)室結(jié)果看，6秒左右可以充滿55%的電量；未來(lái)用于汽車上，電池充滿后有望行駛200公里-400公里。

對(duì)此，一些業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，新型水鋰電沒(méi)有進(jìn)行過(guò)裝配實(shí)驗(yàn)，就預(yù)計(jì)電動(dòng)車可跑200公里-400公里，這種說(shuō)法非常不嚴(yán)謹(jǐn)。按照復(fù)旦大學(xué)新聞中心主任方明的說(shuō)法，這組數(shù)據(jù)又經(jīng)媒體進(jìn)一步推演和嫁接后，最終被錯(cuò)誤表述為，“電動(dòng)車充電10秒可跑400公里。”

這個(gè)說(shuō)法的荒謬之處在于：按目前純電動(dòng)車的技術(shù)水平，行駛400公里大約需要70度（千瓦時(shí)）的電量，10秒鐘充滿，就需要25兆瓦的充電功0c849615cfd20d88b5c62c4108ecea94f894d9ef55c26fb81521fc975e001c9d率，這相當(dāng)于一座小型電廠的發(fā)電功率；而且，根本沒(méi)有電線能夠勝任這項(xiàng)輸電任務(wù)；此外，在短時(shí)間內(nèi)注入這么大的能量，很有可能引發(fā)電池爆炸。

復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系內(nèi)部就此次事件組織了科學(xué)討論會(huì)，結(jié)論是水鋰電作為探索方向有前景，但距離形成實(shí)用產(chǎn)品有差距。

實(shí)際上，復(fù)旦大學(xué)在宣傳中也不無(wú)夸大之嫌，比如將刊發(fā)論文的刊物稱為《自然》的子刊，其實(shí)這本新創(chuàng)的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放期刊跟《自然》雜志只擁有共同的出版商，影響力根本無(wú)法同頂尖科技期刊——《自然》相提并論。

中國(guó)科學(xué)院物理研究所清潔能源中心研究員李泓認(rèn)為，科研人員當(dāng)然要竭力維護(hù)自己的研究成果，但科學(xué)家還要保持平常心。

技術(shù)進(jìn)步是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。世界范圍內(nèi)，鋰電池能量密度的進(jìn)步速度為每年提高3%-5%。在鋰電池的很多技術(shù)方向上，學(xué)術(shù)界甚至還沒(méi)有形成共識(shí)。以電池的體積為例，有些企業(yè)認(rèn)為應(yīng)把單個(gè)電池做大，這樣電動(dòng)車的電池組就會(huì)使用較少的電池；而有些企業(yè)則認(rèn)為單個(gè)電池應(yīng)該做小。到底哪個(gè)好，現(xiàn)在沒(méi)有結(jié)論，但這兩種路徑顯然又差別很大。

然而，在鋰電池研究領(lǐng)域，卻不時(shí)冒出突破性的消息。諸如，將能量密度提高很多，在短時(shí)間內(nèi)能夠充放電多少次，事實(shí)證明很多研究都難以產(chǎn)業(yè)化。李泓說(shuō)，“進(jìn)步是漸變的，不是跳躍性的。”

壽命短成本高

媒體報(bào)道后，工信部和上海市政府有關(guān)部門、幾家骨干國(guó)企都上門了解情況，并現(xiàn)場(chǎng)觀看了實(shí)驗(yàn)演示，對(duì)水鋰電的發(fā)展方向表示肯定，亦有企業(yè)表達(dá)了合作研究的興趣。

要將這項(xiàng)研究成果產(chǎn)業(yè)化，起碼需要五年至十年時(shí)間、幾億元的投資，其間還會(huì)遇到很多研究者難以預(yù)料的關(guān)口。

在清華大學(xué)核能與新能源技術(shù)研究院鋰離子電池實(shí)驗(yàn)室主任何向明看來(lái)，吳宇平的探索開(kāi)拓了新思路，但只是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室成果，遠(yuǎn)不能稱之為技術(shù)，跟電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)關(guān)系甚遠(yuǎn)。而吳宇平也擔(dān)心，國(guó)內(nèi)企業(yè)特別是民營(yíng)企業(yè)，對(duì)科技成果轉(zhuǎn)化的難度認(rèn)識(shí)不夠，心態(tài)較急，認(rèn)為只要花幾千萬(wàn)元買下來(lái)，就立刻可以生產(chǎn)。

因?yàn)榕c龐大的汽車業(yè)搭上了界，鋰電池被公認(rèn)為是最有希望的動(dòng)力電池。目前就技術(shù)而言，純電動(dòng)車似乎也沒(méi)有其他選擇，必須依靠鋰電池的發(fā)展。

但鋰電池的一個(gè)突出矛盾就是能量密度低，且進(jìn)步緩慢。電池的能量密度指單位體積或質(zhì)量所儲(chǔ)存的電能。能量密度越高，產(chǎn)品使用時(shí)間越長(zhǎng)，體積也越小而輕便。

鋰電池另一致命的缺點(diǎn)是，使用壽命也不盡如人意。純電動(dòng)車的電池系統(tǒng)是由多個(gè)單體電池串并聯(lián)組成電池組，再由若干電池組形成的電池包。北京化學(xué)試劑研究所高級(jí)工程師廖紅英表示，就像“木桶原理”，性能最弱的單個(gè)電池決定了這個(gè)電池包的壽命，“若有一個(gè)害群之馬，整個(gè)電池包可能就會(huì)停止工作”。

在純電動(dòng)車的制造成本中，電池占到40%-60%。一般汽車是15年的使用壽命，純電動(dòng)車中鋰電池的使用年限僅5年。一輛普通家用轎車的價(jià)格約10萬(wàn)元，如果購(gòu)買相同配置的純電動(dòng)車，則要再支付10萬(wàn)元的電池成本，這讓消費(fèi)者難以接受。

電動(dòng)自行車領(lǐng)域也是這樣，雖然鋰電池的能量密度、循環(huán)充電次數(shù)都大大優(yōu)于鉛酸電池。但鉛酸電池的更換成本平均為450元左右，鋰電池則為1000元左右，因此鋰電池僅占據(jù)了2.5%的市場(chǎng)份額。

《2012年中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)研究》顯示，中國(guó)是世界上除日本外最大的鋰電池生產(chǎn)國(guó)及主要消費(fèi)國(guó)，規(guī)模達(dá)到397.4億元。其中筆記本電腦占23%，手機(jī)占50%，為最大應(yīng)用領(lǐng)域。但是，何向明認(rèn)為，動(dòng)力鋰電池只發(fā)展了十年時(shí)間，是仍處于早期的幼稚產(chǎn)業(yè)。

安全性，也是影響消費(fèi)者信心的重要因素。在2013年1月的兩周內(nèi)，波音787連續(xù)發(fā)生兩起與電池有關(guān)的事故。2011年，杭州眾泰純電動(dòng)出租車自燃事件、雪佛蘭沃藍(lán)達(dá)新車碰撞后電路起火事件，問(wèn)題都出在電池上。

北京科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授趙海雷向《財(cái)經(jīng)》記者介紹，當(dāng)電動(dòng)車發(fā)生碰撞事故時(shí)，如果電池組受到撞擊短路，就有可能導(dǎo)致起火、爆炸。甚至有的電池組充放電次數(shù)多了，也會(huì)有類似問(wèn)題。

目前純電動(dòng)車使用的鋰電池，都沒(méi)有從本質(zhì)上解決安全性問(wèn)題。清華大學(xué)汽車工程開(kāi)發(fā)研究院常務(wù)副院長(zhǎng)宋健曾表示，從原理來(lái)講，高壓電伏是威脅電動(dòng)車安全性能的主要因素，到現(xiàn)在為止，世界上還沒(méi)有任何一項(xiàng)技術(shù)能從根本上解決這個(gè)難題。

補(bǔ)貼應(yīng)理性

鋰電池之所以被業(yè)界看好，主要是環(huán)?？剂?。中國(guó)政府針對(duì)鉛酸電池企業(yè)進(jìn)行了大力整頓，2013年3月26日，工信部、環(huán)保部、商務(wù)部、發(fā)改委和財(cái)政部發(fā)布文件，把鉛酸電池和再生鉛產(chǎn)業(yè)作為淘汰落后產(chǎn)能的重點(diǎn)行業(yè)。此前兩年，全國(guó)排查了鉛酸電池企業(yè)1962家，81%的企業(yè)被關(guān)停。

鉛酸電池造成的環(huán)境污染，主要發(fā)生在企業(yè)不規(guī)范的生產(chǎn)過(guò)程和回收處理環(huán)節(jié)。同理，盡管鋰電池被認(rèn)為是綠色電池，但是，如果不進(jìn)行回收處理，一樣會(huì)污染環(huán)境。鉛酸電池的回收甚至比鋰電池做得好，因?yàn)殂U酸電池中的鉛有回收價(jià)值，而鋰電池回收在經(jīng)濟(jì)上并不劃算。

鋰電池還必須面對(duì)一個(gè)難堪的現(xiàn)實(shí)：鋰電池的所有原始專利，幾乎都掌握在美、日、韓手中。據(jù)何向明介紹，美國(guó)長(zhǎng)于原創(chuàng)，產(chǎn)業(yè)則是日、韓各有優(yōu)勢(shì)。中國(guó)電動(dòng)車企業(yè)沒(méi)有原始專利，沒(méi)有核心的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，一出口就會(huì)遭遇專利問(wèn)題，這對(duì)中國(guó)研發(fā)鋰電池技術(shù)很不利。

但是，“官員們不愛(ài)聽(tīng)這話，他們?cè)敢庀嘈胖袊?guó)人通過(guò)勤奮很快就能創(chuàng)造世界一流”，一位鋰電池研究者抱怨。他認(rèn)為，應(yīng)該認(rèn)清中國(guó)在技術(shù)上的差距，在電池的研發(fā)上多下功夫。

科技部部長(zhǎng)萬(wàn)鋼，是電動(dòng)車的力挺者。在2013年的全國(guó)“兩會(huì)”上，他乘坐一輛銀色的純電動(dòng)車出席多場(chǎng)會(huì)議?！笆濉逼陂g，他主政的科技部將安排專項(xiàng)資金30億元，用于支持電動(dòng)車的科研。

現(xiàn)在，純電動(dòng)車基本都是政府示范項(xiàng)目，從政策層面獲得的支持力度相當(dāng)大。2010年6月，財(cái)政部、科技部、工信部、國(guó)家發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開(kāi)展私人購(gòu)買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)的通知》，確定在上海、長(zhǎng)春、深圳、杭州、合肥五個(gè)城市啟動(dòng)私人購(gòu)買新能源汽車補(bǔ)貼試點(diǎn)工作，對(duì)純電動(dòng)車每輛最高補(bǔ)貼6萬(wàn)元。政策主要補(bǔ)貼的就是電池成本。

根據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，最近兩年中國(guó)電動(dòng)汽車銷量?jī)H為27432輛，其中絕大部分是公共采購(gòu)，共23032輛，私人購(gòu)車數(shù)量?jī)H4400輛?！豆?jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》曾提出，到2015年，國(guó)內(nèi)純電動(dòng)車和插電式混合動(dòng)力汽車?yán)塾?jì)產(chǎn)銷量力爭(zhēng)達(dá)到50萬(wàn)輛，但實(shí)際銷售數(shù)據(jù)與此目標(biāo)相去甚遠(yuǎn)。

美國(guó)也面臨相同情況。根據(jù)綠色汽車網(wǎng)站Hybridcars的數(shù)據(jù)，2012年，美國(guó)共銷售出了48.8萬(wàn)輛混合動(dòng)力汽車、插電式混合動(dòng)力汽車和純電動(dòng)汽車，僅占美國(guó)汽車銷量的3.3%。

美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬曾在2011年國(guó)情咨文中提出，到2015年，美國(guó)要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車?yán)塾?jì)銷量超百萬(wàn)輛。不過(guò)，在2013年初，美國(guó)能源部不得不宣布，這一目標(biāo)將被放棄，要制定出更切合實(shí)際的戰(zhàn)略目標(biāo)。

美國(guó)政府已經(jīng)從追求產(chǎn)業(yè)銷售數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向在未來(lái)九年內(nèi)致力于推動(dòng)先進(jìn)技術(shù)發(fā)展，降低電動(dòng)汽車制造成本，其具體目標(biāo)是在，2015年將鋰電池的成本從目前的每千瓦時(shí)650美元降至300美元。

麥肯錫預(yù)測(cè)，到2020年，鋰電池汽車市場(chǎng)將具有競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)在的情況是，“政治家準(zhǔn)備好了，但電池沒(méi)準(zhǔn)備好。”李泓說(shuō)。