中國儲能網(wǎng)訊：如何提高電池的能量密度又保證電池的安全性能，在“中國電動汽車百人會論壇2016”上引發(fā)諸多與會嘉賓的熱議。中國汽車工業(yè)協(xié)會常務(wù)副會長董揚表示，要盡快開展鋰電池提升工程，研發(fā)出單體能量密度350Wh/kg、系統(tǒng)能量密度250Wh/kg的電池。如何把動力電池的單體能量密度提升至300Wh/kg乃至更高同時不犧牲安全性，從目前的研究成果看，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池有些力不從心。中國工程院院士陳立泉表示，全固態(tài)電池潛力巨大，可以達(dá)到500Wh/kg，有望成為新一代鋰電池。
■電池能量密度與安全性是矛盾體
提高電池能量密度的意義不言而喻，以北汽新能源EV200百公里能耗14KWh為例，如果單體電池能量密度達(dá)到300Wh/kg，一次充電續(xù)駛里程可以達(dá)到470公里，基本解決消費者里程焦慮的困擾。另外，電池的安全性又關(guān)乎新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。工信部最近決定，鑒于三元材料鋰電池的安全性驗證不足，暫停三元鋰電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄。
“以六氟磷酸鋰為電解質(zhì)的鋰離子電池的能量密度和安全性是一個此消彼長的關(guān)系，很難做到兩者同時大幅提高?！敝袊娮涌萍技瘓F第十八研究所電池首席專家肖成偉告訴記者。一位不愿透露姓名的電池廠商高管告訴記者，整車企業(yè)在選擇電池類型的時候，往往采用權(quán)衡取舍的方法。乘用車采用能力密度更高的三元材料電池體系，商用車如大客車則采用安全性能更有保證的磷酸鐵鋰電池體系。
這位業(yè)內(nèi)人士向記者透露，目前三元材料鋰電池單體還不能通過針刺試驗。以圓柱型三元鋰電池為例，從任何方向進(jìn)行針刺試驗，都會產(chǎn)生劇烈爆炸。如果電池單體成組，針刺實驗會引發(fā)連鎖爆炸。“磷酸鐵鋰電池的安全性能相比三元鋰電池要好很多，針刺、擠壓、高空掉落試驗，絕大多數(shù)只是冒煙，只有極少數(shù)情況起火。”
■固態(tài)電池或為技術(shù)方向
在兩相矛盾的窘境之下，下一代動力電池如何研發(fā)，很多與會嘉賓思考了這個問題，陳立泉提出了自己的看法。他認(rèn)為，電池的關(guān)鍵在于成本、能量密度和安全性。當(dāng)前，將液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的能量密度提升至300~350Wh/kg，然后進(jìn)一步提高電池能量密度到500Wh/kg。達(dá)到與燃油車相當(dāng)?shù)乃?，只有全固態(tài)電池可以勝任，應(yīng)該盡快啟動全固態(tài)電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化工作。
陳立泉表示，有三方面因素促使國內(nèi)研發(fā)全固態(tài)電池。首先，國內(nèi)電池整體水平至少落后日韓等國1~2年，繼續(xù)遵循日韓電池體系的研發(fā)路徑，只能越落越遠(yuǎn)，沒有超越的機會；第二，全固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)，不會出現(xiàn)液態(tài)電解質(zhì)遇到高溫分解氧氣的情況，沒有著火爆炸的危險；第三，全固態(tài)電池和目前電池技術(shù)體系相吻合，避免產(chǎn)業(yè)投資重復(fù)和失敗。陳立泉提出，采用材料基因組的方法，加快固態(tài)電池的研發(fā)速度，爭取盡快實現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。
全國政協(xié)常委、科技部電動汽車重大項目總體專家組組長、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長、清華大學(xué)教授歐陽明高表示，全固態(tài)電池是未來的發(fā)展方向之一，這種電池具備高能量密度和比較好的安全性，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還需要過程。中國汽車工程學(xué)會電動汽車分會主任陳全世同意歐陽明高的觀點。他認(rèn)為，目前電池體系種類繁多，固態(tài)電池是其中之一，有一定的優(yōu)勢。
■應(yīng)用前景廣闊
全固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，在使用固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系隨之發(fā)生改變?！爸匾囊稽c是可以不再使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來做負(fù)極。”北京理工大學(xué)教授吳鋒說，這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個電池的能量密度顯著提高。
在傳統(tǒng)鋰離子電池中，需要使用隔膜和電解液，據(jù)計算，兩者占據(jù)電池近四成體積和1/4的重量。如果用固態(tài)電解質(zhì)取代，正負(fù)極之間的距離可以縮短到只有幾到十幾個微米，電池的厚度就能大大地降低。電池單體體積的減小，可以使單位體積內(nèi)放置更多的電池單體，達(dá)到增加續(xù)駛里程的目的。
“如果現(xiàn)在還不加快布局全固態(tài)鋰電池，將會錯失發(fā)展時機。”陳立泉強調(diào)，現(xiàn)在新聞經(jīng)常報道國外鋰硫、鋰空電池的研究進(jìn)展，但其產(chǎn)業(yè)化難度更高?！肮虘B(tài)鋰空電池可能是電化學(xué)儲能的終極選擇，如果業(yè)內(nèi)將全固態(tài)鋰電池問題攻克了，再去做鋰硫、鋰空電池，相關(guān)技術(shù)難題會迎刃而解?！标惲⑷詈笳f。
