鉅大LARGE | 點擊量：1728次 | 2018年05月26日
陳立泉發表演講：固態電池能夠極大改善電池安全性
近日，陳立泉院士在公開場合發表主題是“固態電池——EV電池安全性最終解決方案？”的演講，他表示這個標題是借用人家的，所以打了一個問號，就是說不能說的太絕對了，起碼說是對電動車電池的安全性會有很大的改善。
陳立泉：固態電池能夠極大改善電池安全性
這是動力電池革命性突破的路線圖，現在大家可以看得到，這是目前的能量密度，大概到2020年要達到300瓦時/公斤，這是用現有的材料把它用到極致，可以到300瓦時/公斤或者多一點。那個時候行駛電動小汽車大概巡航里程大概是400公里，如果能量密度進一步提高，大于500瓦時/公斤的話，一定從現在開始就要考慮固態鋰電池。如果能量密度大于500瓦時/公斤，就要考慮固態鋰空電池。現在的鋰離子電池大家都很熟悉了，用石墨做負極，372毫安/克，中間的電解質是液體電解質，含鋰的過渡金屬氧化物作正極。由于使用可燃的有機溶劑電解質帶來安全性問題，它的能量密度大概可達300瓦時/公斤。
為了解決這個動力電池安全性問題，這張圖是法國科學家的，我把它改了一下，可以通過化學的或者電化學的辦法來改善電池的安全性，也可以通過電芯的設計和電子學的改善，比方說電池管理系統、熱管理這些來改善安全性。但是有一個重要方法就是要發展固態電池，固態電池為什么是安全的？
固態電池也是有正極材料、負極材料，只不過正極材料可以用現有的正極材料，也可以用不含鋰的正極材料，負極材料也可以用現在的石墨，也可以不用，用金屬鋰做負極材料。金屬鋰的容量是石墨容量的10倍，所以這就是為什么固態電池的能量密度比現在的要高，達到500瓦時/公斤，中間的電解質不是液態，是固態，就沒有燃燒的問題了。能量密度可以大于和等于500瓦時/公斤，不燃燒，不爆炸。
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%
這是目前國際上已經運行的，大概已經有4000多輛車，是法國Bellore公司生產的，電池是磷酸鐵鋰做正極，金屬鋰做負極，中間是聚合物的固態電池，叫PEO，它的工作溫度是60度，為什么是60度？因為PEO聚合物電導率比較低，所以要達到60度才可以。這個汽車不是出事故被燒壞的，而是人為燒壞的，但是電池仍然是完好的。為什么電池會完好？這是2014年我們國家已經做的工作，比方說把電池切掉一大塊，電壓還可以達到3.4伏。穿釘，釘子穿上去以后電壓往下降，幾秒鐘就恢復了，再穿一次釘往電壓下降，但電壓馬上恢復。通過熱箱，外短路都沒有問題，這是2014年的研究情況。
這個是中科院青能所今年的進展，用的體系已經不是法國人的體系，是金屬鋰負極，用的是三元正極，而且是富鎳三元，就是622，它的能量密度比較高，電解質不是PEO的電解質，而是聚碳酸丙烯脂之類的電解質，是我們中國人首先提出來的，現在外國人緊跟著我們做這個工作。這個電池的能量密度可以到250瓦時/公斤，這是穿釘實驗，一下扎了4個釘子。穿刺之前電壓是4.04伏，針扎進去是3.95伏，拔出來是4.04伏，可以看出來電壓是可以恢復的。這張圖扎了5個釘子，藍線是溫度的上升情況，溫度最大上升到70多度，沒有超過今天歐陽說的那個熱失控的溫度，而且最后的兩個釘子沒有拔出來的。紅色線是電壓，可以看出來能夠恢復。這是釘子插入、釘子拔出的情況，電壓在釘子拔出以后是可以恢復的，其他詳細的情況我不講。
另外還做了一些熱箱實驗、擠壓實驗和過充實驗。
固態鋰電池可以看出安全性是好的，為什么好？因為局部發生短路的時候，只是聚合物熔化，熔化以后成為絕緣體，但可以又自愈，自己又可以恢復，即使發生熱失控，把電池溫度升高了，金屬鋰因為熔化溫度是180度，即使到了180度，鋰被熔化以后，在做電芯留一個空間，金屬鋰可以到預留的地方去，不會著火。
大家可能會問，如果把電池扔到水里會怎么樣？實際上扔到水里以后也不會有問題，原因我已經解釋了。我把最近生物能源所做的工作介紹一下。他們在國家深海基地管理中心做了兩次實驗，一次是8000米的模擬實驗，一次是11000米的深海模擬實驗，這兩次深海實驗都已經通過，沒有問題。11000米是全世界最深的馬里亞納海溝---11034米。因為做深潛的時候，電池是放到水里，也就是在潛水器外頭，不是在潛水器里頭，可以看出在水里是沒有問題的。
講一下中科院寧波材料所有關聚合物的工作。用石墨做負極，用硫化物復合電解質，這個電解質是無機的。用鈷酸鋰做正極，4Ah的電池，能量密度是240瓦時/公斤，常溫循環500次，容量還有88%多。通過了一系列針刺、過充、短路、強制放電、高溫循環的實驗。采用的無機氧化物電解質，通過了所有的安全測試，因為這個數據不讓我公布，所以就不好再說了。
結論是固態電池中不含可燃的液體電解質能夠極大改善電池的安全性，建議大力支持固態電池的研究、開發和產業化。希望在5年之內能夠實現產業化，但是國家現在支持力度還是很有限的，只支持了一個材料基因的方法來做固態電池研究，3000萬一個課題，希望在座的各位呼吁一下，能夠支持固態電池的研究。這是我國鋰電池惟一的機遇，如果這個機遇錯過了的話，下面要研究鋰硫電池、鋰空電池也就失去機會了。所以希望大家支持，當然也希望政府能夠大力支持。
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