鉅大LARGE | 點擊量：528次 | 2023年10月10日
我國科學院物理研究所李泓：高能量密度鋰電池的研發(fā)進展
十二月七日-八日，以"創(chuàng)新驅動、技術引領"為主題的2018第六屆"汽車和環(huán)境"創(chuàng)新論壇在上海·安亭正式舉辦。本次論壇完整覆蓋汽車行業(yè)技術領域的研討，旨在進一步促進整車公司和零部件公司之間對技術發(fā)展趨勢的探討、加強汽車行業(yè)專家之間的交流互動、增強整車和零部件公司的交流、搭建合作平臺，通過活動促進汽車零部件產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新轉型升級、打造更具競爭力的整零協(xié)同創(chuàng)新關系，助力實現(xiàn)向汽車強國的轉變。以下是我國科學院物理研究所研究員李泓在本次論壇上的發(fā)言：
我國科學院物理研究所研究員李泓
電池本身在各個領域應用很多，這里必然要用到先進的電池技術，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化。電動汽車在不斷發(fā)展，我們期待著今后續(xù)航里程能達500公里，15分鐘之內(nèi)完成一次充電，具有更長的循環(huán)壽命，更高的安全性，滿足車網(wǎng)互聯(lián)應用要求的動力鋰電池發(fā)展起來，但目前的電池技術還不能很好的滿足所有需求，要改進現(xiàn)有技術或者發(fā)展新的電池。
在安全性、可靠性保障的基礎上，能量密度、循環(huán)壽命、成本是動力鋰電池開發(fā)的核心目標。
從能量密度上看，目前300Wh/kg是行業(yè)技術指標，不過各國政府提出了更高的研發(fā)目標：400Wh/kg甚至500Wh/kg。提高能量密度的策略依賴于鋰電池關鍵材料技術的不斷升級。同時通過正負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。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
提升能量密度后，同體積或同質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引起材料結構損傷，這樣影響循環(huán)性。不斷提高能量密度，要解決熱失控的問題，目前離這個目標還有相當遠的距離。
在電芯安全性方面，公司想了很多辦法，重要問題就是正極，特別是三元材料在高溫容易釋放氧氣，這個氧氣跟電解液發(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，所以另一個思路就是能不能徹底更換為固態(tài)電解質的電池，這個方面還要進一步的論證和驗證。
出于這樣的考慮，在2008年的時候日本政府提出來，未來電池應該走向全固態(tài)，和此同時解決液態(tài)電池的其他很多問題，如漏液、界面不穩(wěn)定、爆炸性等問題。今年六月十五日，日本NEDO又公布了一個9000萬美元的項目，聯(lián)合了38家單位，包括三個最大的車企，還有電池公司、材料公司及十五家研發(fā)機構和大學共同開發(fā)固態(tài)電池。這里面重要的出發(fā)點是固態(tài)電解質不燃燒，熱穩(wěn)定性好，他們的目的就是要解決基礎的技術問題，開發(fā)元器件，對元器件進行評價，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來推進國際標準化。今年德國政府投資10億歐元投資推動這個項目，可見這方面競爭的激烈。在討論之前要說明，假如電池里面不含任何液體就是全固態(tài)，假如有液體就是混合固液。有關客戶來說關心的是性能，叫什么概念不是決定性的。
再來看下固態(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、它的重要短板就是必須在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，做到大容量還沒有完全實現(xiàn)。因此，全固態(tài)鋰電池到最后應用還有比較遠的距離，重要是科學上的解決方法尚未完全明確，這里不細說了。
除了全固態(tài)之外，假如降低液體電解液含量，逐漸降低到很少，會不會安全性顯著提高，這個答案是顯而易見的。2016年東芝公司的解決方法中，有3.2%wt的液體，針刺溫升只有1度，用的固體電解質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力學和安全性以及循環(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，后來索尼公司成功商業(yè)化鋰電池后，物理所也轉到了液態(tài)鋰電池的研究。在這個過程中創(chuàng)辦了一系列的公司，包括蘇州星恒。開發(fā)的大容量動力鋰電池和儲能電池時認識到安全性的重要性，所以開始回過頭做固態(tài)電池，我們在同步開發(fā)基于原位固態(tài)化的混合固液電解質電池技術以及全固態(tài)電池技術。從應用角度考慮，固態(tài)電池的商業(yè)化是一個漫長的過程，一般來說，現(xiàn)在完成了A樣，做到SOP至少要三年，整車驗證嚴格的話至少要15個月，這樣假設2109年能供應A樣，最快2023年裝車量產(chǎn)。現(xiàn)在A樣能完成系統(tǒng)測試的幾乎沒有，因此最快也就是2023年到2025年混合固液電解質電池能量產(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電池裝了兩部車，電池包大概是206瓦時每公斤的水平。這只是上車測試，離量產(chǎn)還有很遠。為了推動技術的發(fā)展，我們現(xiàn)在逐步向中試發(fā)展。我們溧陽的天目湖先進儲能技術研究院做了研制，溧陽還有一個電池的中試基地，希望大家一起合作。
謝謝大家!
