近年來，隨著國內(nèi)外電動汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，作為核心零部件的動力電池產(chǎn)業(yè)備受關(guān)注，各家企業(yè)不僅要擴張產(chǎn)能規(guī)模確保產(chǎn)量供應(yīng)，還面臨著持續(xù)提升產(chǎn)品能量密度等關(guān)鍵指標的“攻堅戰(zhàn)”。當(dāng)前國內(nèi)外動力電池技術(shù)進展如何？有哪些值得關(guān)注的前瞻性技術(shù)？未來數(shù)年的發(fā)展節(jié)奏是怎樣的？近期，中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長、中國科學(xué)院院士歐陽明高對上述行業(yè)關(guān)心的重點話題從技術(shù)角度進行回應(yīng)，對業(yè)內(nèi)外人士全面了解當(dāng)前動力電池技術(shù)水平概況提供了重要參考。
300瓦時/公斤目標取得重大突破
《汽車縱橫》：安全、續(xù)駛里程長、壽命長等是消費者選購新能源汽車時考慮的關(guān)鍵性指標，動力電池是決定這些指標的核心零部件，近年來，在消費者需求及相關(guān)部門的政策法規(guī)推動下，安全、長壽命、高比能量的動力電池已成為產(chǎn)業(yè)需求的主流。比如2017年3月份，國家工信部等四部委聯(lián)合頒布《促進汽車動力電池發(fā)展行動方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動力電池單體比能量超過300瓦時/公斤。目前國內(nèi)動力電池技術(shù)在這些方面進展如何？達到哪些指標？
歐陽明高：按照規(guī)劃，2020年要實現(xiàn)動力電池能量密度300瓦時/公斤目標。目前承擔(dān)新能源汽車專項項目的有三個團隊：寧德時代新能源、天津力神和合肥國軒。這三個團隊目前采用的技術(shù)路線大同小異，即正極采用高鎳三元，負極是硅碳，這種電池目前技術(shù)指標已經(jīng)接近應(yīng)用要求，到2020年，比能量300瓦時/公斤的電池的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)取得了實質(zhì)性突破，現(xiàn)在從比能量角度看都已經(jīng)達到，例如寧德時代新能源的電池研究成果的循環(huán)壽命基本在1000次左右，能量密度達到304瓦時/公斤，其他兩家也差不多。當(dāng)然還有部分企業(yè)安全性標準還沒有完全滿足。用300瓦時/公斤的單體電池大概能做出200-210瓦時/公斤的電池系統(tǒng)，因為基本是軟包電池，而非方形電池。國內(nèi)在去年年底、今年年初，動力電池的能量密度單體達到230瓦時/公斤左右，系統(tǒng)大約150瓦時/公斤左右。到2018、2019年還需要再提高50-70瓦時/公斤，我認為是可以做到的。至于單體350瓦時/公斤、系統(tǒng)260瓦時/公斤是我們力爭的目標。
如何落實2025年400瓦時/公斤的目標？
《汽車縱橫》：剛剛您提到，實現(xiàn)2020年300瓦時/公斤的目標在技術(shù)上已經(jīng)有重大突破。再往后展望五年，到2025年動力電池將力爭實現(xiàn)哪些目標？將采用何種技術(shù)路線？您認為哪種前瞻技術(shù)最值得關(guān)注？目前中國在這些前瞻技術(shù)領(lǐng)域有無研究？
歐陽明高：面向2025年產(chǎn)業(yè)化，我們希望沖擊單體電池能量密度達到400瓦時/公斤的目標。300瓦時/公斤的實現(xiàn)改變的是負極，從碳變成硅碳，到400瓦時/公斤要變的是正極，目前可選的正極材料有好幾種，現(xiàn)在新能源汽車重點專項取得突破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料，有兩個單位承擔(dān)了前沿基礎(chǔ)項目，一個是物理所，改善了富鋰錳基正極循環(huán)的電壓衰減，達到的指標是正極循環(huán)100周之后電壓衰減降到了2%以內(nèi)，這是一個重大的進展。另外一個是北京大學(xué)的團隊，首次研制出了比容量400毫安時/克的富鋰錳基正極，實現(xiàn)400瓦時/公斤應(yīng)該是沒有問題的，甚至可能更高。這更為開發(fā)比能量大于500瓦時/公斤的新型鋰離子電池提供了可能，但循環(huán)尚存在一定不確定性。
更加前沿的技術(shù)是固態(tài)電池。目前國內(nèi)有多家研究機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)單位在做，包括中科院青島能源所、寧波材料所，物理所等，也包括寧德時代新能源、中航鋰電等。最近寧波材料所與贛鋒鋰業(yè)合作，投資5億元人民幣，致力于推進固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化，計劃2019年量產(chǎn)，2020年產(chǎn)品進入電動汽車市場。固態(tài)電池?zé)o疑是2017年全球電池領(lǐng)域最熱的一個技術(shù)名詞。
全固態(tài)鋰電池技術(shù)何以在全球大熱？
《汽車縱橫》：固態(tài)電池與我們聽到的全固態(tài)鋰電池是否是一回事？什么才是全固態(tài)鋰電池？如何理解這些概念上的區(qū)別？
歐陽明高：全固態(tài)鋰電池，這幾個詞每一個字都不能少、不能變，“全固態(tài)”與“固態(tài)”不同，“鋰電池”和“鋰離子電池”不是一個概念。所謂“全固態(tài)鋰電池”是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài)，不含任何液態(tài)組分的鋰電池，所以我們?nèi)Q是“全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池”。根據(jù)其是否可以反復(fù)充放，可進一步分成全固態(tài)鋰一次電池和全固態(tài)鋰二次電池，一次電池其實已經(jīng)有用的。全固態(tài)鋰二次電池又分成全固態(tài)鋰離子電池和鋰金屬電池，這兩個概念又要區(qū)別，所謂全固態(tài)金屬鋰電池的負極用的是鋰金屬，目前在用的動力電池的負極多為碳、硅碳或者鈦酸鋰。
全固態(tài)鋰電池的概念比鋰離子電池出現(xiàn)得更早，鋰離子電池只有25年左右的歷史，是日本人發(fā)明的，真正用于車上也就10多年，很年輕但是進步很快。早期所指的全固態(tài)鋰電池，都是以金屬鋰為負極的全固態(tài)金屬鋰電池。這就是以前的概念。
《汽車縱橫》：固態(tài)鋰離子電池跟全固態(tài)鋰電池的具體區(qū)別是什么？
歐陽明高：固態(tài)電池，不一定是全都是固態(tài)電解質(zhì)，還有一點液態(tài)，是液態(tài)與固態(tài)混合的，差別在于混合的比例是多少。真正的固態(tài)鋰離子電池，其電解質(zhì)是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)；所謂半固態(tài)，就是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)各占一半，或者說電芯的一半是固態(tài)的、一半是液態(tài)的，所以還有準固態(tài)鋰電池，即主要為固態(tài)，少量是液態(tài)。
《汽車縱橫》：全固態(tài)鋰電池有哪些特點特別是優(yōu)勢？為什么能引起全球動力電池產(chǎn)業(yè)的關(guān)注和投入研發(fā)？
歐陽明高：主要因素是它能解決目前困擾動力電池發(fā)展的兩大關(guān)鍵問題，即安全性差和能量密度低。全固態(tài)鋰電池有幾個潛在的技術(shù)優(yōu)勢，首先，它安全性高，由于采用高熱穩(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)，代替了易燃的常規(guī)有機溶劑電解液，電池燃燒問題可以得到有效解決。第二，能量密度高，由于金屬鋰的容量超高，基于相同正極時，固態(tài)金屬鋰電池與常規(guī)液態(tài)鋰離子電池相比，其能量密度可以得到大幅提升。需要說明的是，由于固體電解質(zhì)密度和使用量高于液態(tài)電解質(zhì)，在正負極材料相同時，全固態(tài)鋰電池優(yōu)勢不明顯。第三，正極材料選擇的范圍寬，因為全固態(tài)鋰電池可以直接采用金屬鋰為負極，不要求正極結(jié)構(gòu)中必須含鋰，一些高容量的貧鋰態(tài)材料也可以作為正極；此外，無機固態(tài)電解質(zhì)寬的電壓窗口也為高電壓正極材料的應(yīng)用提供了可能。第四，系統(tǒng)比能量高，由于電解質(zhì)無流動性，可以方便地通過內(nèi)串聯(lián)組成高電壓單體，利于電池系統(tǒng)成組效率和能量密度的提高。
真正的全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)尚未成熟
《汽車縱橫》：從您介紹的優(yōu)勢來看，全固態(tài)鋰電池能解決當(dāng)前動力電池產(chǎn)品的不少不足之處。但它為何還沒有大規(guī)模應(yīng)用于市場？主要存在哪些問題？您如何評價這類技術(shù)的整體發(fā)展水平？
歐陽明高：它的第一個問題是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低。現(xiàn)在有三種固態(tài)電解質(zhì)，一種是聚合物，一種是氧化物，一種是硫化物。現(xiàn)在有用聚合物電解質(zhì)的電池，搭載于法國的一些車輛上，它的問題就是需要加熱到60度，離子電導(dǎo)率才上來，電池才能正常工作。目前氧化物電解質(zhì)一般比液態(tài)的還要低很多。只有硫化物固體電解質(zhì)的一些指標接近液態(tài)電解質(zhì)，比如豐田就是用硫化物的固體電解質(zhì)，所以固體電解質(zhì)主要的突破是在硫化物的固體電解質(zhì)。
電池網(wǎng)微信
