科学时报/2006年/11月/22日/第B02版
汽车电瓶什么牌子好
雷克萨斯lx470科技成果产业化系列报道
黄学杰：紧握混合电动汽车的动力核心
本报记者马晓岚张文婷
黄学杰，1993年毕业于荷兰Delft技术大学获博士学位，1994～1995年在德国Kiel大学做博士后，现任中国科学院物理研究所研究员，博士生导师，纳米物理于器件实验室副主任，固态离子学课题组组长。
奥迪q3价格及图片未来汽车的动力是什么?面对石油价格的不断上涨和资源环境的恶化，业内多数人已经达成了一种共识。即发展电动汽车。虽然目前市场上的大多数混合电动汽车采用高功率镍氢电池作为辅助动力，但是发达国家正紧锣密鼓地开发比功率两倍于镍氢电池的锂离子电池，丰田已经抢得了先机，在一部分混合车型中引入锂离子电池。研发并产业化成功车用锂离子动力电池是我国汽车工业发展的重大机遇，那么，国内这一技术的研发现状如何?记者近日采访了国内动力锂电池产品线投资规模最大的企业苏州星恒电源有限公司的首席科学家、中科院物理所的黄学杰研究员。
在锂离子电池上的一场“豪赌”
黄学杰研究员不仅是国内锂离子动力电池研究领域的关键人物。而且是锂离子电池行业最早的淘金者。1988年，年仅22岁的黄学杰离研究生毕业还差一年，即来到中科院物理所锂离子电池研究项目组，除完成毕业论文的研究工作外。业余做的第一个项目即是研制微机控制的锂电池自动充放电仪。为“863”锂电研究项目所急需。回忆往事，黄学杰说。自己从20世纪80年代末就开始研究锂充电电池，但是那时受条件所限，从未想到过应用在汽车上。直到90年代中期，因参与Ford基金有关锂动力电池材料的研究项目，逐步了解USABC的电池研究计划，意识到了车用锂离子动力电池的广阔前景，至1998年已明确认识到混合电动汽车会有巨大的市场机会，锂离子动力电池需要快速发展。
启动产业化，最难的就是“钱”。在这个领域，日本政府已投人超过10亿美元。如何筹集必要的经费成为亟待解决的难题，在此之前，跑科研经费、企业合作就已经成了他最重要的工作。由于有了中科院和企业支持的600多万元资金，他们在1998年建成了年产20万只圆柱电池的中试线，积累了一些做开发的经验。但，这点钱、装备和经验，要想做成汽车电池，无异于是杯水车薪。1999年秋，黄学杰邀请当时还是日本野村证券电池分析师的竹下秀夫来物理所作一整天的演讲和讨论。特别介绍了锂离子动力电池在混合电动汽车产业的机会，地奥集团总裁李伯刚研究员也受邀参加。时兼中科院成都生物研究所所长的李伯刚不仅是一位有才华的科学家，同时也是一位具有远见卓识的成功企业家，他在认真听了一整天的报告后，认为这个产业概念很好，非常有潜力，当晚和中科院物理所的领导见面时，即表示有意投资这个项目。一次投入了2000万元巨资。并带动另外三家企业投入资金1000万元，滴滴下架原因
就车用锂离子动力电池研发进行了长期布局。中科院物理所以技术入股，建立企业运行机制，1999年12月，北京星恒电源有限公司正式成立。
3000万元这笔巨款，对于黄学杰来说是雪中送炭，对于以药业为主的地奥来说，也确实是一项风险极大的投资。黄学杰深深地感到了肩上担子的沉重，他小心地将资金的一部分投入市场已明确的小电池产品经营，以锻炼队伍，积累一个制造型企业的必要经验，当时选择的产品是以电视台为主要客户的广播级摄像机电池，市场规模不大，但质量要求很高。进入的门槛比较高，当时这一块市场锂离子电池刚刚进入，仅索尼有批量供货，产品的毛利率很高，黄学杰说：“我们的产品性能好，价格比索尼同类产品低10%～20%，与松下摄像机捆绑销售的策略也很成功，产
品很快打开了市场。”直到现在，星恒在国内市场广播级摄像机电池的占有率高达80%。至2000年底，在小型锂离子电池业务经营比较顺利的时候，黄学杰开始了车用锂离子动力电池开发和产业布局。
从“种麦子，种韭菜”开始做起
2001年，国家“863”计划启动了锂离子动力电池项目。用电池给几百公斤重、每年行驶上万公里的汽车做动力。和给摄像机做动力不是一个数量级。两大关键问题是电池的安全性和寿命。“锂离子动力电池是将来的一个趋势。当时日本已经做了10年的产业布局。并且发展出了成熟的产品，我们的时间已
经非常紧。”黄学杰说，日本锂离子电池的车没有一辆卖到中国来，动力电池看不到，关键材料方面的具体信息基本没有，模仿是走不通的。物理所和星恒的研发人员只能靠自己一点一点把难关攻克。
正极材料是锂离子电池中成本最为突出的材料，同时也直接关系到电池的安全性能和电池实现大型化的可能，但传统正极材料——钻酸锂的年需求量已超过1万吨，从而导致钴价大幅攀升，资源不足已开始制约产业发展。“我们发展锰系和铁系材料，目前已经开发出高性能锰酸锂和磷酸盐正极材料。”黄学杰说。锰的价格很便宜，是钴的几十分之一，这一技术突破使锂离子电池的材料“脱胎换骨”。以锰酸锂作为正极材料的锂离子电池的安全性也得到明显的提高，可以用于10Ah级车用动力电池，但锰酸锂主要的缺点是高温下循环寿命短，物理所发展出一种独特的材料表面处理技术解决了此问题，在材料方面为推出10Ah动力电池打下了基础。
汽车制造厂黄学杰认为，这一产业在国内最大的困难就是没有相应的配套商，产品链是断裂的。“这就好比吃饺子，我们什么材料都没有，必须从种麦子、种韭菜开始做起。”动力电池的关键材料如合格的锰酸锂等当时国内是没有的，国外的动力电池原材料基本上买不到。而中国自己的配套供应商，需要好几年的时间才能培养起来。星恒设立了多个动力电池材料的研发部，几乎涉及到了所有的材料。经过几年的筛选，将其中的正极材料、电解液投入了规模量产。将负极材料投入到了中试。而这一布局。已经将星恒筹集到的资金耗费了一大部分。
用两个轱辘扛起四个轱辘
2001年秋季，动力电池配套材料的试验厂准备工作基本完成时，黄学杰才启动车用锂离子动力电池项目。虽然得到了政府的项目资金的支持，但是黄学杰认为，“只是政策和资金方面的有限支持远远不够，还得靠自己养活自己。此外，必须投入市场，让消费者使用，才能不断发现问题、解决问题。中国具备发展汽车用动力电池非常好的市场起步条件——电动自行车和电动摩托车市场。中国的动力电池发展必然要经历一个‘爬坡阶段’，电动自行车与摩托车市场将为我们的‘爬坡阶段’提供很好的练兵机会。”
虽然，电动自行车与电摩托用的锂电池与汽车电池不完全相同，但是，开发它的过程可以使企业不断熟悉动力电弛的工艺。在对待发展动力电池项目的问题上，“只有在战斗中才能学会战斗!”
三年前，电动自行车还只是一个边缘新产品。科学界对它的安全性和实用性争议很大。如果说李伯刚是黄学杰初创业时遇到的贵人。那么中科院院士何祚庥可以说是黄学杰另外一个最感激的人。何祚庥对这一产业非常关心，年近80岁高龄的他跑了实验室和试验工厂十几趟，亲自观察研发过程。向科研人员了解技术和工艺的各种问题，“这个原理是什么?和国外的比有什么优势?”在了解了这个项目的可行性和对国家汽车工业发展的巨大作用时，何院士认为这是一个实实在在的看得见摸得着的先进生产力，是受老百姓欢迎的，必须牢牢抓住它，他不仅在科技会议和各种公开场合上高声呼吁对电动自行车行业的支持，而且还身体力行。每天骑星恒试验电池驱动的简易电动自行车上下班，还时常到小学接送小孙子，以4年的亲身应用向外界证明：星恒的锂电自行车骑起来很轻松很安全。在这一行业仍
处于萌芽状态时，何祚庥的坚定支持不仅推动了电动自行车产业在国内的发展，而且给予了黄学杰很大的鼓励和帮助。
今年我国将实现年销售2000多万辆电动自行车，对整个电动车行业是一个巨大的推动。成
本高是锂离子电池的一大弱势，产品卖不出去，生产规模上不来，车用锂离子动力电池产业就不能发展起来，电池的价格就会居高不下，这是一个怪圈。有更多的老百姓骑电动自行车，就支持了这一行业，增加了产品的需求，生产和技术水平越来越高。产业规模就越来越大，成本就会很快地降下来。所以黄学杰认为：“中国四个轱辘的电动汽车是要靠两个轱辘的电动自行车扛起来的。日本电动汽车的发展道路与我们不同，它有雄厚的技术基础支撑，科学研究、产业化开发、政府的财政补贴、企业的风险投资都是完整一体的。而在中国没有这条路可走。时间也不允许，必须利用我们自己的人力资源和本土市场优势，我相信只要两个轱辘我们扛住了，四个轱辘跑起来就指日可待。”
车用锂离子动力电池是最终的目标
黄学杰坚信这个产业是一个金矿：到2015年，电动汽车和混合电动汽车将在全球汽车市场上占据20%份额，将有上亿辆汽车需要高功率动力电池，中国动力电池市场规模也将达到千亿元人民币。
在锂离子电池产业方面。日本明显居领先地位，国际上高端小型和车用动力锂离子电池市场几乎被日
本企业所垄断。星恒如何切入这一市场?唯有基于不断地创新。创新需要更大的投入和形成产业规模，如何建立支撑产业发展的平台成了黄学杰面临的紧迫问题。
2003年初，中科院的两任院长周光召和路甬祥同志、何祚庥院士都分别向联想控股柳传志总裁郑重推荐了锂离子动力电池项目。在完成了中试的过程和材料布局之后。联想的投人为星恒的事业提供了一个更宏大的平台。此后，星恒产业化的日历表就快速转动起来，2003年底公司动力锂电池生产基地苏州星恒电源有限公司落户苏州高新区，启动了锂离子动力电池产品化的步伐。2004年11月，公司的产品顺利通过美国UL实验室的安全认证测试，因获得了国际上最严格的安全认证。具备向欧美国家出口的资质。现在。星恒电源已将产品提供给多家国内电动自行车行业领先的客户进行锂电池电动车的合作开发与生产，两万多辆以星恒锂电驱动的电动自行车已销售给国内外客户。短短几年时间，星恒已经迈出了四大步：2003年自主研发新材料形成配套能力；2004年通过安全认证；2005年实现了关键工序的机械化生产；2006年实现了为电动自行车行业领先厂家的产品配套，产品规模进入国内外市场。
新cross polo国外企业前几年公布的动力锂离子电池一般采用卷绕，方式，星恒技术人员发现：基于卷绕的锂离子动力电池工艺有致命的弱点，卷绕出的电池芯内的极片和隔膜在电池充放电过程中受到的局部应力非常不一致，在小电池因其直径小应力影响不是很大，但对于体积大10倍以上的动力电池，则易于出现极片断裂和其他问题。针对这样的情况，星恒人决定采用叠片式生产工艺。特别是在高温下可克服了
卷绕式电池经常遇到的因隔膜收缩而导致的短路问题，从电池的散热角度讲也是更为合理的设计。为提高生产效率以及配合这套生产模式，星恒还专门设计出一套自动化的机械设备，大幅度提高了产品的质量和产量。根据最近公开的信息。日本最新的电动汽车用锂离子电池即采用锰酸锂正极材料和叠片式结构，在技术创新方面，星恒可以说独立自主地走到了技术的尖端。
在中国科学院物理所的办公室里，黄学杰兴致勃勃地畅想未来：“电动汽车和混合动力汽车将是未来的主流。预计到2020年，全球50%以上的汽车将会是混合动力汽车”。电动汽车在国家“十一五”规划里面有明确的产业化计划。星恒已在产业布局、人才、制造平台等方面进行了充分的准备，“十五”期间开发的高功率锂离子电池成功应用于“超越”系列燃料电池电电混合电动汽车和其他油电混合汽车，进入示范运行阶段。依靠中科院的人才优势，必将在自主创新方面取得更大的成绩，为我国的电动汽车产业发展作出应有的贡献。