中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2019年1月11-13日，中國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇（2019）在北京召開(kāi)。在動(dòng)力電池技術(shù)主題峰會(huì)上，中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員許曉雄介紹了中科院寧波材料技術(shù)與工程研究所在固態(tài)電池方面取得一些進(jìn)展情況。他同時(shí)強(qiáng)調(diào)，相對(duì)于傳統(tǒng)鋰離子電池，固態(tài)電池能夠部分解決現(xiàn)有高比能動(dòng)力電池安全問(wèn)題，但并非絕對(duì)安全。
以下為許曉雄發(fā)言全文：
大家下午好！感謝組委會(huì)的邀請(qǐng)，給我這個(gè)機(jī)會(huì)進(jìn)行分享。謝謝吳老師的介紹。
我想給大家介紹的是叫高比能電池及安全性、固態(tài)動(dòng)力鋰電池研發(fā)的一些進(jìn)展。我是來(lái)自于中科院寧波材料所的許曉雄，中科院通過(guò)與贛鋒鋰業(yè)合作，在浙江寧波成立了一個(gè)浙江動(dòng)力新能源科技，來(lái)推動(dòng)動(dòng)力電池的產(chǎn)業(yè)化。
對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)力電池來(lái)說(shuō)，問(wèn)題還是比較多，尤其是能量密度提高的問(wèn)題，主要的問(wèn)題我們認(rèn)為是兩點(diǎn)，一個(gè)是隨著能量密度的提高，尤其到三百瓦時(shí)每公斤、四百瓦時(shí)每公斤、五百瓦時(shí)每公斤，這些都是為解決續(xù)駛里程提供了一個(gè)思路。這也就是這樣一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系，歷程程的焦慮，通過(guò)能量密度的提升能夠解決。
但是另外又產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，隨著能量密度的提高，安全問(wèn)題凸顯，安全的焦慮，這是第二個(gè)大的問(wèn)題。17年、18年，我們認(rèn)為純電動(dòng)汽車推進(jìn)比較成功的特斯拉是陸續(xù)發(fā)生了多起的比較嚴(yán)重的安全事故。這是安全的一個(gè)焦慮。
在解決能量密度問(wèn)題上，現(xiàn)在傳統(tǒng)的鋰離子電池主要是通過(guò)材料的優(yōu)化，包括正極的高鎳，乃至剛才一些老師介紹的富鋰，硅碳的復(fù)合材料體系，通過(guò)隔膜上一些思路，包括材料的攙雜、電解液的改性，以及自身工藝的優(yōu)化，還有等等其他一些方面。
通過(guò)這樣一些思路，現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)電芯單體三百瓦時(shí)每公斤的現(xiàn)狀，軟包電池，但是整個(gè)電池大家公開(kāi)的數(shù)據(jù)來(lái)講，三百瓦時(shí)每公斤的電池安全性應(yīng)該是沒(méi)有得到完全解決。雖然能量密度解決了，安全問(wèn)題又凸顯了。
怎么解決安全的問(wèn)題？現(xiàn)在一些思路對(duì)傳統(tǒng)的鋰電池，主要通過(guò)電解液的添加，隔膜涂附的優(yōu)化、正極材料的一些思路。我們認(rèn)為要真正解決安全問(wèn)題的話，可能本身的思路還是通過(guò)實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電化學(xué)儲(chǔ)能器件這樣一個(gè)思路。
這是我們?yōu)槭裁匆龉虘B(tài)電池這么一個(gè)動(dòng)力，通過(guò)電池構(gòu)件的優(yōu)化，我們發(fā)現(xiàn)高安全、高能量密度的固態(tài)電池技術(shù)有可能形成未來(lái)電池以及儲(chǔ)能電池一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。
但是我發(fā)現(xiàn)這兩年好像對(duì)固態(tài)電池又有點(diǎn)妖魔化，我們認(rèn)為固態(tài)電池它其實(shí)不是一個(gè)技術(shù)上完全的革新，它也就是現(xiàn)有鋰離子傳統(tǒng)電池一個(gè)技術(shù)路徑的延伸。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的隔膜或者電解液，通過(guò)一個(gè)能夠傳導(dǎo)鋰離子固態(tài)電解質(zhì)材料的取代，以實(shí)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)的變化。
在正極或者負(fù)極材料上，跟現(xiàn)有的鋰離子電池還是有比較多的兼容性。同時(shí)他們工作原理幾乎是完全一致的，所以我們認(rèn)為它只是在技術(shù)路線上說(shuō)，為了解決現(xiàn)有高比能電池的一些問(wèn)題，而延伸出來(lái)的一個(gè)路線。
現(xiàn)在我們梳理下來(lái)，在全世界范圍內(nèi)，我們認(rèn)為尤其像美國(guó)一些初創(chuàng)公司，但是作為引領(lǐng)，像日本的豐田公司以及現(xiàn)有的韓國(guó)三星，他們已經(jīng)起到了一個(gè)引領(lǐng)的作用。前兩年大家比較火的像美國(guó)的企業(yè)，前些年做的還是不錯(cuò)的。
但是現(xiàn)在很可惜的，像博世收購(gòu)了Sell（音）之后，現(xiàn)在要出售這樣一個(gè)企業(yè)，而且收購(gòu)了S-akit3之后，也放棄了這樣一個(gè)路線。我們中國(guó)前期主要以科研院所，包括一些大學(xué)在推進(jìn)這個(gè)技術(shù)的研發(fā)。
在企業(yè)方面，現(xiàn)在主要包括像北京蔚來(lái)是跟物理所合作，贛鋒鋰業(yè)主要跟寧波材料所合作，像一些企業(yè)，臺(tái)灣（硅能、氫淘音）進(jìn)行一些投入，引起廣泛的關(guān)注，這是我們了解到的一些信息，公開(kāi)的一些信息。
大家都在講固態(tài)電池這么一個(gè)思路，說(shuō)固態(tài)電池是安全的，實(shí)際上固態(tài)電池到底有多安全或者怎么一個(gè)安全法？現(xiàn)在沒(méi)有一個(gè)系統(tǒng)的報(bào)道。我們收集了一些情況，做了一些工作。首先在日本他們做了固態(tài)電池的測(cè)試，通過(guò)一些極限的測(cè)試，比如在火上進(jìn)行燒或者進(jìn)行加熱的話，發(fā)現(xiàn)它相對(duì)是要比傳統(tǒng)的鋰離子電池安全一些。
同時(shí)，我們?cè)瓉?lái)在寧波材料所做了一些全固態(tài)電池的器件，對(duì)它進(jìn)行一系列的測(cè)試，在早期，包括它的彎折，火上能夠加熱，都能體現(xiàn)出一定的安全特性。但是也不是所有的安全，我們也做過(guò)一些全固態(tài)電池，比如硫化物，它在某些工況條件下也是不安全的，燒起來(lái)也是比較厲害。
我們通過(guò)和贛鋒鋰業(yè)的合作，固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化之后，我們做出半固態(tài)電池或者叫固液混合的電池，通過(guò)現(xiàn)有的鋰離子電池系統(tǒng)的測(cè)試，包括各種像針刺、擠壓、過(guò)充、過(guò)放、加熱、存儲(chǔ)等等，通過(guò)與天津的汽車技術(shù)研究中心的合作，一起做了一些測(cè)試。發(fā)現(xiàn)它的安全性相對(duì)現(xiàn)有的相同體系的傳統(tǒng)鋰離子電池，它的安全特性有一定的提升。
但是也在一些極限條件下，也會(huì)發(fā)生一些失控狀態(tài)的。通過(guò)這些數(shù)據(jù)，我們能夠得到一個(gè)初步的結(jié)論，通過(guò)固態(tài)化這么一個(gè)技術(shù)路線，是能夠解決或者部分解決現(xiàn)有的高比能動(dòng)力電池安全問(wèn)題。這是我個(gè)人的看法，供大家參考。
接下來(lái)，我講一下整個(gè)全固態(tài)電池或者固液混合的路線，發(fā)展的歷程。全固態(tài)電池很早就出現(xiàn)了，上世紀(jì)70年代，它是作為一個(gè)薄膜電池，應(yīng)用于特殊領(lǐng)域，包括微電子器械或者航空航天這些小型器件。
作為薄膜器件，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化了，尤其一個(gè)成功的應(yīng)用案例在心臟起搏器上的應(yīng)用，而且美國(guó)、日本現(xiàn)在都在投入比較大的精力在進(jìn)行發(fā)展。再一個(gè)就是我剛才講的S-akit3這么一個(gè)企業(yè)，是把面積擴(kuò)大這樣一個(gè)思路，而且也實(shí)現(xiàn)了某些特性，尤其像體積能量密度的提升。但是后面要做到一個(gè)很大的單體容量，還是有些難度，所以用在電力上可能是有一些限制。
第二個(gè)，就是在豐田這一塊，我們現(xiàn)在了解下來(lái)，確實(shí)它確確實(shí)實(shí)投入了近20多年的研發(fā)，集聚了整個(gè)日本國(guó)內(nèi)的支持，在這塊確實(shí)在做。但是他們反映下來(lái)，尤其在規(guī)模的量化制備上還是遇到比較多的瓶頸，近兩年的進(jìn)展稍微少一些。
我們國(guó)內(nèi)科技部老早就已經(jīng)有這樣的布局，其實(shí)在國(guó)家戰(zhàn)略設(shè)計(jì)上，我們和國(guó)外相比是不落后的。只是我們有些方面前期可能有些鋰離子電池的技術(shù)進(jìn)展比較大，大家的投入比較多，不同階段，大家關(guān)注點(diǎn)不一樣。
近兩年，我們認(rèn)為可能在基于硫化物或者剛才跟豐田的技術(shù)路線比較接近的路線上，三星是投入比較大的，而且這兩年進(jìn)展是比較突出的。今年三星所公布的最新數(shù)據(jù)反映，基于硫化物固體電池的全固態(tài)鋰電池，它們的體積能量密度能做到921瓦時(shí)每升，重量能量密度能夠做到427瓦時(shí)每公斤，這個(gè)在技術(shù)指標(biāo)上還是體現(xiàn)出了基于金屬鋰為負(fù)極，硫化物為固體電解質(zhì)這么一個(gè)技術(shù)路線技術(shù)指標(biāo)上的優(yōu)勢(shì)。
而且三星是集聚整個(gè)公司比較大的財(cái)力，現(xiàn)在對(duì)世界范圍內(nèi)相關(guān)的全固態(tài)電池的標(biāo)的都進(jìn)行了投資、入股、技術(shù)跟蹤，這一塊我們相信他們的定位還是比較明確的，對(duì)這塊技術(shù)他是比較認(rèn)可，而且進(jìn)展確實(shí)比較快。
對(duì)歐洲來(lái)說(shuō)，在全固態(tài)電池上有一個(gè)成功實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的案例，法國(guó)的奧托利公司做的這個(gè)車現(xiàn)有保有量達(dá)到了將近四千輛，他用磷酸鐵鋰為正極，金屬鋰為負(fù)極，用有機(jī)的POG為電解質(zhì)。但這個(gè)電池有一個(gè)比較大的問(wèn)題，未來(lái)的能量密度提升還是有一定瓶頸，因?yàn)樗麄€(gè)正極只能磷酸鐵鋰，如果不能導(dǎo)入新的正極，未來(lái)整個(gè)發(fā)展可能還是受限的。但是它至少驗(yàn)證了，以金屬鋰為負(fù)極，整個(gè)全固態(tài)電池能夠超過(guò)兩千次的循環(huán)，這樣一個(gè)數(shù)據(jù)我們也是清楚看到了。
這是我介紹的整個(gè)全固態(tài)電池現(xiàn)在世界范圍內(nèi)整個(gè)的進(jìn)展，我們所收集到的一些不太全面的數(shù)據(jù)，供大家參考。
接下來(lái)介紹，首先給大家介紹這個(gè)概念，全固態(tài)電池我們認(rèn)為它是一個(gè)在概念上來(lái)說(shuō)，是整個(gè)電池不光是構(gòu)件，在工況條件下，工作條件下，也是一個(gè)固態(tài)狀態(tài)的電池體系。我們結(jié)合這樣一個(gè)特征，我們認(rèn)為現(xiàn)有的動(dòng)力電池或者鋰離子電池以電解質(zhì)的特點(diǎn)來(lái)區(qū)分，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)分為三種。
一個(gè)是傳統(tǒng)的液態(tài)鋰離子電池，第二是混合固液電解質(zhì)的鋰電池，包括像半固態(tài)、準(zhǔn)固態(tài)，我不懂什么叫類固態(tài)，還有全固態(tài)，全固態(tài)里面負(fù)極可以用金屬鋰，可以用碳或者硅碳。就我個(gè)人來(lái)說(shuō)，凝膠電解質(zhì)這么一個(gè)狀態(tài)和固態(tài)是沒(méi)有關(guān)系的，這個(gè)觀點(diǎn)供大家參考一下。
基于這樣一個(gè)劃分，我們接下來(lái)想跟大家分享的就是圍繞這兩個(gè)技術(shù)，包括固液混合，包括全固態(tài)的一些結(jié)果分享一下。整個(gè)歷程，固態(tài)電池或者全固態(tài)電池雖然是一個(gè)技術(shù)路線的拓展，但是就我們整個(gè)團(tuán)隊(duì)來(lái)說(shuō)，我們覺(jué)得還是比較難的。
我們走了將近16年的歷程，包括我們開(kāi)始階段的固態(tài)電解質(zhì)，到跟日本豐田的合作，做不同電解質(zhì)體系，以至于到我回國(guó)建立中科院寧波材料所固態(tài)電池團(tuán)隊(duì)，到現(xiàn)階段我們和贛鋒的合作，這些年我們?cè)谘跹趸镫娊赓|(zhì)百萬(wàn)級(jí)的產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)上，要做固態(tài)電池，首先要做電解質(zhì)，以至于固態(tài)隔膜的實(shí)現(xiàn)，整個(gè)發(fā)展跟傳統(tǒng)電池是有些不一樣的，它的隔膜不能用傳統(tǒng)的隔膜。然后再到產(chǎn)業(yè)化，以至于到電池體系的實(shí)現(xiàn)，是一步一步走過(guò)來(lái)的，還是經(jīng)歷了一個(gè)比較漫長(zhǎng)的過(guò)程。
我們近些年的進(jìn)展稍微快一點(diǎn)，得益于早期在寧波材料所比較好的一個(gè)基礎(chǔ)，這也是國(guó)家項(xiàng)目的支持，是這樣一個(gè)狀態(tài)。近兩年贛鋒鋰業(yè)在這一塊投資將近一個(gè)億來(lái)進(jìn)行整個(gè)工程化的推進(jìn)。我們做的過(guò)程也是從最新的全固態(tài)開(kāi)始做起的，比如用固態(tài)的隔膜，用金屬鋰為負(fù)極，用不同的正極來(lái)做，我們實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池，比如一千次的循環(huán)，容量能保持98%，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高電壓的正極，比如磷酸錳鐵鋰、三元等等都可以做，而且安全性都是很好的，我們也做了很多安全，針刺把它刺過(guò)去放在那兒，電壓變了之后，再拔出來(lái)，再看恢復(fù)這樣一些過(guò)程。
但是整個(gè)電池它的缺點(diǎn)，它的能量密度比較低的。主要的原因在于我們整個(gè)全固態(tài)電池能量密度，即使用了金屬鋰為負(fù)極，也只能達(dá)到120瓦時(shí)每公斤，根本沒(méi)法應(yīng)用于動(dòng)力。主要的原因在于我們整個(gè)全固態(tài)電池的隔膜太厚，要達(dá)到200微米，而且它是致密的膜，它的重量比較大。
你要提高全固態(tài)電池的能量密度，一個(gè)最重要的方向就是把隔膜減薄，我們的目標(biāo)是做到25微米，跟現(xiàn)有的動(dòng)力電池隔膜厚度能夠兼容。那么問(wèn)題就來(lái)了，你從300微米到最后的25微米是能夠做出來(lái)。但是你的整個(gè)對(duì)固態(tài)電解質(zhì)來(lái)說(shuō)，它的電導(dǎo)率不是由體相來(lái)決定的，我們這樣一個(gè)變化之后，會(huì)導(dǎo)致隔膜導(dǎo)電率降了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，我如果直接用，可以實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池，它整個(gè)極化和能量密度的發(fā)揮和正極能量發(fā)揮還是受比較大限制的。
為了降低整個(gè)極化，實(shí)現(xiàn)未來(lái)整個(gè)自動(dòng)化的制造，我們要一個(gè)固液這么一個(gè)思路來(lái)實(shí)現(xiàn)它。我們的工作也初步驗(yàn)證了這一點(diǎn)，確實(shí)是有效的。這就是我們從全固態(tài)走到了混合固液這么一個(gè)發(fā)展的過(guò)程，是不得已而為之的狀態(tài)。但是也算是一個(gè)意外的收獲，通過(guò)這樣一個(gè)實(shí)現(xiàn)之后，我們終于能夠?qū)崿F(xiàn)批次比較穩(wěn)定的，單體容量比較一致性或者高效的，而且與現(xiàn)有的軟包碟片技術(shù)路線整個(gè)自動(dòng)化制備這樣一個(gè)工藝流程能夠?qū)崿F(xiàn)80%以上的兼容性這樣一個(gè)過(guò)程的狀態(tài)，所以我們現(xiàn)在做出來(lái)的早期以三元為正極，碳為負(fù)極的材料路線的選擇，這樣一個(gè)混合固液，我們小容量12個(gè)安時(shí)，以及大容量40個(gè)安時(shí)，這樣一個(gè)能量密度，都能夠?qū)崿F(xiàn)功率達(dá)到240瓦時(shí)每公斤，容量能夠260瓦時(shí)每公斤這么一個(gè)狀態(tài)。這個(gè)數(shù)據(jù)我就不跟大家來(lái)分享了，剛才在前面已經(jīng)講過(guò)了。
循環(huán)下來(lái)，整個(gè)循環(huán)性能還是不錯(cuò)的，能夠與現(xiàn)有的傳統(tǒng)鋰離子電池進(jìn)行一個(gè)媲美。我們?cè)诋a(chǎn)業(yè)化推進(jìn)上面，我們只是希望做到電芯這么一個(gè)過(guò)程，電芯做好之后，后一期現(xiàn)有很多產(chǎn)業(yè)鏈，只要你再做跟軟包相關(guān)的一些產(chǎn)業(yè)鏈上的，都能夠跟我們兼容或者能夠完全把技術(shù)導(dǎo)入這樣一些思路，存儲(chǔ)以及到車上的應(yīng)用。這是我們?cè)诠桃夯旌仙厦孀龅囊恍┕ぷ鳎?dāng)然現(xiàn)在積極跟相關(guān)的一些主機(jī)廠進(jìn)行對(duì)接。
我們?cè)谙乱淮夹g(shù)上，我們?cè)诜e極推進(jìn)。時(shí)間關(guān)系，不跟大家講的特別詳細(xì)。我們?cè)诖笕萘咳虘B(tài)鋰離子電池上開(kāi)發(fā)的話，也是基于我們自己做出來(lái)這樣一個(gè)硫化物無(wú)機(jī)跟有機(jī)的復(fù)合隔膜，實(shí)現(xiàn)了用金屬鋰為負(fù)極，可以用三元523或者628為正極的全固態(tài)電池的研發(fā)，我們兩安時(shí)的設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)接近2.2安時(shí)的放電容量，我們現(xiàn)在測(cè)算能夠達(dá)到360瓦時(shí)每公斤，我們定位為350瓦時(shí)每公斤。
現(xiàn)在這個(gè)電池能夠?qū)崿F(xiàn)200多次的循環(huán)，后期我們主要還是在推進(jìn)一些系列的測(cè)試，它的安全性能怎么樣，實(shí)現(xiàn)機(jī)制在哪里，它的循環(huán)性能進(jìn)一步提升，在推進(jìn)一些工作。當(dāng)然我們也希望跟國(guó)內(nèi)相關(guān)的像艾老師，武漢大學(xué)，像其他一些團(tuán)隊(duì)的合作。
最后講幾點(diǎn)我自己的觀點(diǎn)：
第一，基于氧化物固態(tài)隔膜的混合固液電解質(zhì)鋰電池可以兼顧較高能量密度的安全特性，現(xiàn)在已經(jīng)具備了產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，而且這個(gè)技術(shù)在國(guó)內(nèi)很多專利還都是國(guó)內(nèi)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。但是其規(guī)?；耐茝V還是需要國(guó)家政策的支持。
另外，發(fā)展全固態(tài)電池金屬鋰為負(fù)極的話，有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合的固態(tài)柔性膜應(yīng)該是一個(gè)比較核心的材料，而且無(wú)機(jī)硫化物電解質(zhì)在這一塊應(yīng)該有一個(gè)比較好的應(yīng)用。
同時(shí)，我們認(rèn)為未來(lái)金屬鋰的應(yīng)用，如果大家不是要追求極限的能量密度，要追求能量密度較高，四百左右，但是壽命比較長(zhǎng)的話，可能金屬鋰負(fù)極是不是走這樣一個(gè)鋰基復(fù)合，像硅和碳的復(fù)合思路，這一塊我們也在跟一些科研院所合作。我們認(rèn)為這個(gè)組合有可能實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電池器件高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命。但是對(duì)全固態(tài)電池來(lái)講，我們認(rèn)為整個(gè)電池規(guī)?；苽溲b備是亟待突破的，國(guó)內(nèi)在這一塊還是有所欠缺的，這一塊我相信對(duì)很多設(shè)備企業(yè)是一個(gè)機(jī)遇。
最后，謝謝大家的關(guān)注。謝謝大家！
（根據(jù)發(fā)言整理，未經(jīng)本人審閱）
