中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：12月7日-8日，以“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、技術(shù)引領(lǐng)”為主題的2018第六屆“汽車與環(huán)境”創(chuàng)新論壇在上?！ぐ餐ふ脚e辦。本次論壇完整覆蓋汽車行業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的研討，旨在進(jìn)一步促進(jìn)整車企業(yè)與零部件企業(yè)之間對(duì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的探討、加強(qiáng)汽車行業(yè)專家之間的交流互動(dòng)、增強(qiáng)整車與零部件企業(yè)的交流、搭建合作平臺(tái)，通過(guò)活動(dòng)促進(jìn)汽車零部件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新轉(zhuǎn)型升級(jí)、打造更具競(jìng)爭(zhēng)力的整零協(xié)同創(chuàng)新關(guān)系，助力實(shí)現(xiàn)向汽車強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。以下是中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員李泓在本次論壇上的發(fā)言：
中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員 李泓
電池本身在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用很多，這里必然要用到先進(jìn)的電池技術(shù)，特別是在交通工具上，包括海陸空天各種交通工具都在逐漸電動(dòng)化。電動(dòng)汽車在不斷發(fā)展，我們期待著今后續(xù)航里程能達(dá)500公里，15分鐘之內(nèi)完成一次充電，具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命，更高的安全性，滿足車網(wǎng)互聯(lián)應(yīng)用要求的動(dòng)力電池發(fā)展起來(lái)，但目前的電池技術(shù)還不能很好的滿足所有需求，需要改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)或者發(fā)展新的電池。
在安全性、可靠性保障的基礎(chǔ)上，能量密度、循環(huán)壽命、成本是動(dòng)力電池開發(fā)的核心目標(biāo)。
從能量密度上看，目前300Wh/kg是行業(yè)技術(shù)指標(biāo)，不過(guò)各國(guó)政府提出了更高的研發(fā)目標(biāo)：400Wh/kg甚至500Wh/kg。提高能量密度的策略依賴于鋰離子電池關(guān)鍵材料技術(shù)的不斷升級(jí)。同時(shí)通過(guò)正負(fù)極材料及其他材料的組合形成不斷發(fā)展的電池體系，滿足不同客戶需求。
提升能量密度后，同體積或同質(zhì)量的高能量密度電芯釋放熱量也較多。此外，高能量密度電芯目前循環(huán)性、功率密度普遍不佳。功率密度提高的時(shí)候，電流比較大，內(nèi)部放熱比較多，而高熱情況下容易熱失控。另一方面高的電流密度會(huì)引起材料結(jié)構(gòu)損傷，這樣影響循環(huán)性。不斷提高能量密度，需要解決熱失控的問(wèn)題，目前離這個(gè)目標(biāo)還有相當(dāng)遠(yuǎn)的距離。
在電芯安全性方面，企業(yè)想了很多辦法，主要問(wèn)題就是正極，特別是三元材料在高溫容易釋放氧氣，這個(gè)氧氣跟電解液發(fā)熱。采用不燃燒的電解液雖然好，但完全不燃燒的電解液性能又不太好，所以另一個(gè)思路就是能不能徹底更換為固態(tài)電解質(zhì)的電池，這個(gè)方面還需要進(jìn)一步的論證和驗(yàn)證。
出于這樣的考慮，在2008年的時(shí)候日本政府提出來(lái)，未來(lái)電池應(yīng)該走向全固態(tài)，與此同時(shí)解決液態(tài)電池的其他很多問(wèn)題，如漏液、界面不穩(wěn)定、爆炸性等問(wèn)題。今年6月15日，日本NEDO又發(fā)布了一個(gè)9000萬(wàn)美元的項(xiàng)目，聯(lián)合了38家單位，包括三個(gè)最大的車企，還有電池企業(yè)、材料企業(yè)及十五家研發(fā)機(jī)構(gòu)和大學(xué)共同開發(fā)固態(tài)電池。這里面主要的出發(fā)點(diǎn)是固態(tài)電解質(zhì)不燃燒，熱穩(wěn)定性好，他們的目的就是要解決基礎(chǔ)的技術(shù)問(wèn)題，開發(fā)元器件，對(duì)元器件進(jìn)行評(píng)價(jià)，充分的了解元器件的性能耐久性和安全性。而最終目的是以日本為主導(dǎo)來(lái)推進(jìn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化。今年德國(guó)政府投資10億歐元投資推動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目，可見(jiàn)這方面競(jìng)爭(zhēng)的激烈。在討論之前需要說(shuō)明，如果電池里面不含任何液體就是全固態(tài)，如果有液體就是混合固液。對(duì)于客戶來(lái)說(shuō)關(guān)心的是性能，叫什么概念不是決定性的。
再來(lái)看下固態(tài)鋰電池的分類，全世界大概有四類全固態(tài)電池，一類是聚合物全固態(tài)鋰電池、它的主要短板就是必須在60度以上工作，容易短路。一類是薄膜全固態(tài)鋰電池、該電池循環(huán)性好，適應(yīng)高電壓，但不易放大。第三類是硫化物全固態(tài)鋰電池，還有一類是氧化物全固態(tài)鋰電池，安全性還可以，做到大容量還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)。因此，全固態(tài)鋰電池到最后應(yīng)用還有比較遠(yuǎn)的距離，主要是科學(xué)上的解決方案尚未完全明確，這里不細(xì)說(shuō)了。
除了全固態(tài)之外，如果降低液體電解液含量，逐漸降低到很少，會(huì)不會(huì)安全性顯著提高，這個(gè)答案是顯而易見(jiàn)的。2016年?yáng)|芝公司的解決方案中，有3.2%wt的液體，針刺溫升只有1度，用的固體電解質(zhì)是鋰鑭鋯氧的顆粒膜、3微米的涂層。從這上面可以看到少量的液體可以兼顧動(dòng)力學(xué)和安全性以及循環(huán)性的要求，受這種啟發(fā)，開發(fā)還有很多可能性。
最后介紹一下我們的工作，中科院物理所1976年開始開發(fā)全固態(tài)電池，后來(lái)索尼公司成功商業(yè)化鋰離子電池后，物理所也轉(zhuǎn)到了液態(tài)鋰離子電池的研究。在這個(gè)過(guò)程中創(chuàng)辦了一系列的企業(yè)，包括蘇州星恒。開發(fā)的大容量動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池時(shí)認(rèn)識(shí)到安全性的重要性，所以開始回過(guò)頭做固態(tài)電池， 我們?cè)谕介_發(fā)基于原位固態(tài)化的混合固液電解質(zhì)電池技術(shù)以及全固態(tài)電池技術(shù)。從應(yīng)用角度考慮，固態(tài)電池的商業(yè)化是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，一般來(lái)說(shuō)，現(xiàn)在完成了A樣，做到SOP至少需要三年，整車驗(yàn)證嚴(yán)格的話至少需要15個(gè)月，這樣假設(shè)2109年能提供A樣，最快2023年裝車量產(chǎn)?，F(xiàn)在A樣能完成系統(tǒng)測(cè)試的幾乎沒(méi)有，因此最快也就是2023年到2025年混合固液電解質(zhì)電池能量產(chǎn)裝車，2025年全固態(tài)開始裝車。我們今年采用混合固液電解質(zhì)電池裝了兩部車，電池包大概是206瓦時(shí)每公斤的水平。這只是上車測(cè)試，離量產(chǎn)還有很遠(yuǎn)。為了推動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，我們現(xiàn)在逐步向中試發(fā)展。我們溧陽(yáng)的天目湖先進(jìn)儲(chǔ)能技術(shù)研究院做了研制，溧陽(yáng)還有一個(gè)電池的中試基地，希望大家一起合作。
謝謝大家！
