中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：8月21日，由中國電動(dòng)汽車百人會(huì)和河南省人民政府主辦的中國電動(dòng)汽車百人會(huì)夏季論壇(2016)在鄭州開幕。本屆論壇圍繞提高電動(dòng)汽車安全和品質(zhì)的有效措施、推動(dòng)行業(yè)自律、行業(yè)補(bǔ)貼政策、補(bǔ)貼后的政策走勢(shì)，以及如何更多使用非貨幣政策和基礎(chǔ)設(shè)施保障政策等主題，邀請(qǐng)有關(guān)部委專家、國外有關(guān)機(jī)構(gòu)專家發(fā)表意見。以下為中國工程院院士陳立泉發(fā)言實(shí)錄。
中國工程院院士陳立泉
各位嘉賓，各位同仁，我報(bào)告的主題是“固態(tài)電池——EV電池安全性最終解決方案？”這個(gè)標(biāo)題不是我的，是借用人家的，所以打了一個(gè)問號(hào)，就是說不能說的太絕對(duì)了，起碼說是對(duì)電動(dòng)車電池的安全性會(huì)有很大的改善。
這是動(dòng)力電池革命性突破的路線圖，現(xiàn)在大家可以看得到，這是目前的能量密度，大概到2020年要達(dá)到300瓦時(shí)/公斤，這是用現(xiàn)有的材料把它用到極致，可以到300瓦時(shí)/公斤或者多一點(diǎn)。那個(gè)時(shí)候行駛電動(dòng)小汽車大概巡航里程大概是400公里，如果能量密度進(jìn)一步提高，大于500瓦時(shí)/公斤的話，一定從現(xiàn)在開始就要考慮固態(tài)鋰電池。如果能量密度大于500瓦時(shí)/公斤，就要考慮固態(tài)鋰空電池?，F(xiàn)在的鋰離子電池大家都很熟悉了，用石墨做負(fù)極，372毫安/克，中間的電解質(zhì)是液體電解質(zhì)，含鋰的過渡金屬氧化物作正極。由于使用可燃的有機(jī)溶劑電解質(zhì)帶來安全性問題，它的能量密度大概可達(dá)300瓦時(shí)/公斤。
為了解決這個(gè)動(dòng)力電池安全性問題，這張圖是法國科學(xué)家的，我把它改了一下，可以通過化學(xué)的或者電化學(xué)的辦法來改善電池的安全性，也可以通過電芯的設(shè)計(jì)和電子學(xué)的改善，比方說電池管理系統(tǒng)、熱管理這些來改善安全性。但是有一個(gè)重要方法就是要發(fā)展固態(tài)電池，固態(tài)電池為什么是安全的？
固態(tài)電池也是有正極材料、負(fù)極材料，只不過正極材料可以用現(xiàn)有的正極材料，也可以用不含鋰的正極材料，負(fù)極材料也可以用現(xiàn)在的石墨，也可以不用，用金屬鋰做負(fù)極材料。金屬鋰的容量是石墨容量的10倍，所以這就是為什么固態(tài)電池的能量密度比現(xiàn)在的要高，達(dá)到500瓦時(shí)/公斤，中間的電解質(zhì)不是液態(tài)，是固態(tài)，就沒有燃燒的問題了。能量密度可以大于和等于500瓦時(shí)/公斤，不燃燒，不爆炸。
這是目前國際上已經(jīng)運(yùn)行的，大概已經(jīng)有4000多輛車，是法國Bellore公司生產(chǎn)的，電池是磷酸鐵鋰做正極，金屬鋰做負(fù)極，中間是聚合物的固態(tài)電池，叫PEO，它的工作溫度是60度，為什么是60度？因?yàn)镻EO聚合物電導(dǎo)率比較低，所以要達(dá)到60度才可以。這個(gè)汽車不是出事故被燒壞的，而是人為燒壞的，但是電池仍然是完好的。為什么電池會(huì)完好？這是2014年我們國家已經(jīng)做的工作，比方說把電池切掉一大塊，電壓還可以達(dá)到3.4伏。穿釘，釘子穿上去以后電壓往下降，幾秒鐘就恢復(fù)了，再穿一次釘往電壓下降，但電壓馬上恢復(fù)。通過熱箱，外短路都沒有問題，這是2014年的研究情況。
這個(gè)是中科院青能所今年的進(jìn)展，用的體系已經(jīng)不是法國人的體系，是金屬鋰負(fù)極，用的是三元正極，而且是富鎳三元，就是622，它的能量密度比較高，電解質(zhì)不是PEO的電解質(zhì)，而是聚碳酸丙烯脂之類的電解質(zhì)，是我們中國人首先提出來的，現(xiàn)在外國人緊跟著我們做這個(gè)工作。這個(gè)電池的能量密度可以到250瓦時(shí)/公斤，這是穿釘實(shí)驗(yàn)，一下扎了4個(gè)釘子。穿刺之前電壓是4.04伏，針扎進(jìn)去是3.95伏，拔出來是4.04伏，可以看出來電壓是可以恢復(fù)的。這張圖扎了5個(gè)釘子，藍(lán)線是溫度的上升情況，溫度最大上升到70多度，沒有超過今天歐陽說的那個(gè)熱失控的溫度，而且最后的兩個(gè)釘子沒有拔出來的。紅色線是電壓，可以看出來能夠恢復(fù)。這是釘子插入、釘子拔出的情況，電壓在釘子拔出以后是可以恢復(fù)的，其他詳細(xì)的情況我不講。
另外還做了一些熱箱實(shí)驗(yàn)、擠壓實(shí)驗(yàn)和過充實(shí)驗(yàn)。
固態(tài)鋰電池可以看出安全性是好的，為什么好？因?yàn)榫植堪l(fā)生短路的時(shí)候，只是聚合物熔化，熔化以后成為絕緣體，但可以又自愈，自己又可以恢復(fù)，即使發(fā)生熱失控，把電池溫度升高了，金屬鋰因?yàn)槿刍瘻囟仁?80度，即使到了180度，鋰被熔化以后，在做電芯留一個(gè)空間，金屬鋰可以到預(yù)留的地方去，不會(huì)著火。
大家可能會(huì)問，如果把電池扔到水里會(huì)怎么樣？實(shí)際上扔到水里以后也不會(huì)有問題，原因我已經(jīng)解釋了。我把最近生物能源所做的工作介紹一下。他們?cè)趪疑詈；毓芾碇行淖隽藘纱螌?shí)驗(yàn)，一次是8000米的模擬實(shí)驗(yàn)，一次是11000米的深海模擬實(shí)驗(yàn)，這兩次深海實(shí)驗(yàn)都已經(jīng)通過，沒有問題。11000米是全世界最深的馬里亞納海溝---11034米。因?yàn)樽錾顫摰臅r(shí)候，電池是放到水里，也就是在潛水器外頭，不是在潛水器里頭，可以看出在水里是沒有問題的。
講一下中科院寧波材料所有關(guān)聚合物的工作。用石墨做負(fù)極，用硫化物復(fù)合電解質(zhì)，這個(gè)電解質(zhì)是無機(jī)的。用鈷酸鋰做正極，4Ah的電池，能量密度是240瓦時(shí)/公斤，常溫循環(huán)500次，容量還有88%多。通過了一系列針刺、過充、短路、強(qiáng)制放電、高溫循環(huán)的實(shí)驗(yàn)。采用的無機(jī)氧化物電解質(zhì)，通過了所有的安全測(cè)試，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)不讓我公布，所以就不好再說了。
結(jié)論是固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)能夠極大改善電池的安全性，建議大力支持固態(tài)電池的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。希望在5年之內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，但是國家現(xiàn)在支持力度還是很有限的，只支持了一個(gè)材料基因的方法來做固態(tài)電池研究，3000萬一個(gè)課題，希望在座的各位呼吁一下，能夠支持固態(tài)電池的研究。這是我國鋰電池惟一的機(jī)遇，如果這個(gè)機(jī)遇錯(cuò)過了的話，下面要研究鋰硫電池、鋰空電池也就失去機(jī)會(huì)了。所以希望大家支持，當(dāng)然也希望政府能夠大力支持。
另外做一個(gè)廣告，今年9月18日—19日，在青島開第二屆固態(tài)電池討論會(huì)，時(shí)間、地點(diǎn)和聯(lián)系人這里都有，有興趣的可以參加這個(gè)會(huì)議。謝謝大家！
