中國儲能網(wǎng)訊：今年以來，全固態(tài)電池由于被認(rèn)為是下一代電池技術(shù)中最具顛覆性的一種，不斷在產(chǎn)業(yè)和資本市場掀起熱潮。
4月27日，在第十六屆重慶國際電池技術(shù)交流會中，中科院院士歐陽明高做了《產(chǎn)學(xué)研協(xié)同構(gòu)建中國全固態(tài)電池技術(shù)平臺》的演講，在演講中提出了中國發(fā)展全固態(tài)電池總體路線建議。
歐陽明高認(rèn)為，中國現(xiàn)目前發(fā)展全固態(tài)電池，落地產(chǎn)業(yè)化近期(3-5年)應(yīng)面向電池300Wh/kg（重量比能量）、600Wh/L（體積比能量）的目標(biāo)，打通全固態(tài)電池全技術(shù)鏈。中期（5-10年）應(yīng)面向500Wh/kg、1000Wh/L為目標(biāo)，2035年前必須實現(xiàn)商業(yè)化。
在電芯材料體系上，要重點攻關(guān)負(fù)極，負(fù)極突破鋰金屬，兼顧硅碳。
“規(guī)模產(chǎn)業(yè)化時間，不是實驗室的樣品，更不是論文。所謂的近期就是3-5年，中期就是5-10年?！睔W陽明高說。
而關(guān)于中國全固態(tài)電池技術(shù)路線總體采用的原則，歐陽明高認(rèn)為，首先，是建立起中國技術(shù)路線，“我們國家新能源汽車和液態(tài)鋰離子電池技術(shù)路線引領(lǐng)全球，應(yīng)當(dāng)在全固態(tài)電池開發(fā)中也建立起中國技術(shù)路線。我們應(yīng)該有這個自信?！睔W陽明高說。
其次，定位是保優(yōu)勢防顛覆?！叭毡?、歐洲發(fā)展全固態(tài)電池的定位不是這樣的，就是要顛覆，把中國顛覆掉，我們恰恰相反，我們是要保優(yōu)勢、防顛覆，攻克全固態(tài)，兼顧優(yōu)化液態(tài)鋰離子電池。我們不能扔液態(tài)鋰離子電池，液態(tài)鋰離子電池是我們的優(yōu)勢強(qiáng)項，今后幾十年還要靠這個吃飯。”歐陽明高說。
因此，在這個意義下，目前已經(jīng)量產(chǎn)裝車的半固態(tài)、固液混合電池在歐陽明高看來作為過渡路線也有必要，“因為我們液態(tài)電解質(zhì)電池的優(yōu)勢太強(qiáng)?！睔W陽明高說，“不可能全丟掉?！?
值得一提的是，基于其團(tuán)隊目前在全固態(tài)電池上的研發(fā)進(jìn)展，歐陽明高表示，將來如果考慮回收，全固態(tài)電芯成本有希望低到0.4元每瓦時。
目前國內(nèi)全固態(tài)電池技術(shù)方案百花齊放，主流路線尚未確定
在演講中，歐陽明高介紹了目前全球全固態(tài)電池的商業(yè)化現(xiàn)狀，并對比了國內(nèi)外目前全固態(tài)電池的技術(shù)路線情況。
據(jù)介紹，目前，產(chǎn)業(yè)化計劃最落實的豐田、日產(chǎn)和SDI都采用了高鎳三元正極，硫化物電解質(zhì)，差別在負(fù)極。目前國內(nèi)外還沒有開發(fā)出大于400Wh/kg、滿足綜合性能要求、能夠商業(yè)化的全固態(tài)車用電池。
國家技術(shù)路線選擇方面，根據(jù)日本2020年發(fā)布的全固態(tài)電池技術(shù)路線，目標(biāo)分兩代，第一代全固態(tài)電池要實現(xiàn)體積比能量450Wh/L，第二代實現(xiàn)體積比能量800 Wh/L，跟國內(nèi)強(qiáng)調(diào)重量比能量不同，日本強(qiáng)調(diào)的是體積比能量。
日本的固態(tài)電池電解質(zhì)明確硫化物為主，正極材料三元為主，體積比能量為標(biāo)志性目標(biāo)，全面提升電池的六角形指標(biāo)，如倍率、動力率、耐久性、安全性、低溫適應(yīng)性等。
歐洲全固態(tài)電池路線中，對重量比能量的要求也不高，2035年要實現(xiàn)重量比能量350Wh/kg，但是體積比能量要求很高，到2035年要接近1000Wh/L。電解質(zhì)體系比較多樣，包括氧化物、硫化物等，硫化物對應(yīng)的電池負(fù)極可以配硅碳，可以配鋰金屬，最終是配鋰金屬。
而在中國，據(jù)歐陽明高介紹，中國目前沒有國家級的全固態(tài)電池路線?！拔覀兓旧鲜且灾亓勘饶芰繛楹诵模话阏J(rèn)為，到2025年達(dá)到350Wh/kg，2030年達(dá)到400Wh/kg，2035年達(dá)到500Wh/kg。”
國內(nèi)目前全固態(tài)電解質(zhì)和正極材料也是各種各樣，電解質(zhì)包括硫化物、氧化物、鹵化物，正極包括富鋰錳基和三元鋰。
“對全固態(tài)電池目前國內(nèi)還沒有達(dá)成共識，方案多元，主流技術(shù)路線沒有確定，輿論上一般是以宣傳高比能量凸顯先進(jìn)性。因為新能源汽車競爭太激烈，卷得太厲害，大家適當(dāng)做一點宣傳，是合理的?！睔W陽明高說。
但歐陽明高認(rèn)為，以新能源汽車和液態(tài)鋰離子電池技術(shù)在我國的發(fā)展歷史來看，確立全固態(tài)電池的技術(shù)路線仍然非常重要。最典型的就是三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池之爭，當(dāng)年海外更多的選擇三元鋰電池為主的時候，中國選擇以磷酸鐵鋰電池為主，如今磷酸鐵鋰70%的市占率證明了這一路線的正確。
近期3—5年，打通全固態(tài)電池的技術(shù)鏈
針對近期目標(biāo)，歐陽明高認(rèn)為全固態(tài)電池要比現(xiàn)有使用液態(tài)電解質(zhì)的磷酸鐵鋰電池體積比能量提升1倍，其他性能全方位改進(jìn)，如低溫性能，快充性能、安全性能等。對此，需要先把技術(shù)鏈打通。
以歐陽明高的院士工作站（四川新能源汽車創(chuàng)新中心）為例，據(jù)介紹，目前，團(tuán)隊在300Wh/kg、600 Wh /L硫化物全固態(tài)電芯做了相關(guān)工作。
例如，中心自主開發(fā)的硫化物固態(tài)電解質(zhì)，有基礎(chǔ)型、小粒徑型、摻雜型、包覆型，基礎(chǔ)材料離子電導(dǎo)率超過10mS/cm，規(guī)?；慨a(chǎn)后比現(xiàn)在市場上的硫化物成本降80%以上。將來如果考慮回收，全固態(tài)電芯成本有希望低到0.4元每瓦時。
固態(tài)電解質(zhì)膜，目前團(tuán)隊的固態(tài)電解質(zhì)膜厚度做到25微米，離子電導(dǎo)率3 mS/cm，本身的熱穩(wěn)定性較好。
此外，電芯采用復(fù)合正極，高壓時，壓實密度可以做到3.5g/立方厘米，面容做到大于6mAh/立方厘米，復(fù)合負(fù)極采用硅碳負(fù)極，技術(shù)的特點是成本低，能耗低。
在制備工藝方面。歐陽明高認(rèn)為，相比于卷繞，固態(tài)電池最好使用疊片工藝，這樣貼合最好。界面修飾有必要，需要采用一些智能材料來修補(bǔ)。
制造界面的控制方面，全固態(tài)電池可采用干法、濕法，現(xiàn)在其團(tuán)隊正在跟頭部設(shè)備廠商合作，開發(fā)專用設(shè)備，打通全固態(tài)電芯的連續(xù)裝配工藝流程，建立全固態(tài)電池生產(chǎn)線。
中期5—10年，突破高比能量全固態(tài)電池，必須用鋰金屬
歐陽明高認(rèn)為，全固態(tài)要實現(xiàn)500Wh/kg、1000Wh/L的目標(biāo)，電池負(fù)極必須用鋰金屬，但鋰金屬有兩個問題：巨大的體積膨脹和枝晶生長。國內(nèi)外有三種應(yīng)對辦法：一是構(gòu)建三維復(fù)合骨架；二是三星SDI公司的做法，采用輕鋰層；三是日產(chǎn)公司的做法，采用中間過渡層。
此外，全固態(tài)鋰金屬電池的難點還在于提升電池的循環(huán)次數(shù)，據(jù)歐陽明高介紹，目前500Wh/kg的鋰金屬電池大概只有幾十次的循環(huán)，還要做大量的工作。不光是循環(huán)，還有快充和安全，因為鋰金屬熔點是180攝氏度，這些都需要攻關(guān)。
值得一提的是，就在近日，總部位于重慶的太藍(lán)新能源對外宣布在固態(tài)電池技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破。公司成功研發(fā)出車規(guī)級單體容量120Ah、實測能量密度高達(dá)720Wh/kg的超高能量密度體型化全固態(tài)鋰金屬電池。不過，太藍(lán)新能源并未公布該電池的循環(huán)次數(shù)以及量產(chǎn)時間。
“如何找到鋰金屬負(fù)極過渡材料、輕鋰材料、骨架材料等，正極包負(fù)摻雜技術(shù)，連接劑、分散劑材料等，還有很多挑戰(zhàn)需要克服。所以時間緊、任務(wù)重、技術(shù)難，必須尋求新的研發(fā)范式的變革，即人工智能?！睔W陽明高說。
在演講的最后，歐陽明高也提到，今年1月21日，中國全固態(tài)電池產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新平臺成立?！拔覀兿Ｍㄟ^產(chǎn)學(xué)研協(xié)同來建立中國全固態(tài)電池的技術(shù)平臺，推進(jìn)中國全固態(tài)電池技術(shù)研發(fā)，來保持中國固態(tài)電池領(lǐng)先優(yōu)勢?！睔W陽明高說。
