[百人会}欧阳明高:全球大热的全固态锂电池技术详解
来源:中国道路运输网 李雅哲 2018年1月8日17:45

  随着电动汽车在我国突飞猛进的发展,动力电池作为其核心零部件一直备受关注。关键零部件的提升,直接影响着我国电动汽车发展的提速。1月7日,中国电动汽车百人会组织了“把握全球变革趋势 实现高质量发展”的热点问题交流会,欧阳明高教授以专业眼光对全固态锂电池技术进行了详尽的分析。

  

1月7日,中国电动汽车百人会组织了“把握全球变革趋势 实现高质量发展”的热点问题交流会

  五大优势加身,全固态锂电池技术值得关注

  所谓“全固态锂电池”是一种在工作温度区间内所使用的电极和电解质材料均呈固态,不含任何液态组份的锂电池,全称是“全固态电解质锂电池”。因此,全固态锂电池,已经是一个字不能少、不能变的最简称呼。为了助于理解,欧阳教授举例表示,这就像“全固态”跟“固态”是不一样的,“锂电池”和“锂离子电池”不是一个概念。这个全固态锂电池又分成全固态锂一次电池和全固态锂二次电池,一次电池已经有所应用。而全固态锂二次电池又分成全固态锂离子电池和锂金属电池,这又是两个需要区分的概念。所谓全固态金属锂电池,就是负极用的是锂金属,而我们现在负极大用的是碳或者硅碳或者钛酸锂。

  欧阳教授表示,全固态锂电池的概念比锂离子电池出现的更早。众所周知,锂离子电池只出现了25年左右,是日本人发明的,到现在25年,真正到车上用就10多年,所以很年轻但是进步很快。早期所指的全固态锂电池,都是指金属锂为负极的全固态金属锂电池,所以一说全固态往往说到这个,就是说全固态的是以锂金属为负极的,这就是以前的概念。

  针对全固态锂电池,欧阳教授总结了以下几个潜在的技术优势。首先就是安全性高,因为全固态锂电池没有有机溶剂作为电解质,因此不会引发电解液燃烧问题;第其次就是能量密度高。当然固态电解质的密度和使用量高于液态电解质,在正负极材料相同的时候,他的优势是不明显的。但有了固态电解质之后就没有电解液泄漏问题,所以它可以一片片全部叠起来,不像液态电解质需要软包包起来,这样体积比能量就会高。第三,全固态锂电池正极材料选择的范围宽,因为负极是锂金属,正极不含锂都可以。最后,全固态锂电池电解质的电压窗口会更宽些,正极材料选择范围也就大,比能量也可以提高;此外,全固态锂电池系统比能量高。由于电解质无流动性,可以方便地通过内串联组成高电压单体,利于电池系统成组效率和能量密度的提高。

  四大问题待解决,固态锂离子电池发展可能性大

  

欧阳明高教授对于全固态锂电池技术进行了详细讲解



  虽然拥有五大优势,全固态锂电池也拥有四大问题。第一个问题就是固态电解质材料的离子电导率偏低。欧阳教授表示,现在有三种固态电解质,一种是聚合物,一种是氧化物,一种是硫化物,聚合物电解质。聚合物电池现在在法国有些车上用,它的问题就是要加热,电池要加热到60度,离子电导率才上来,电池才能正常工作。目前氧化物电解质一般比液态的还是要低很多。只有硫化物的固态电解质现在跟液态的差不多,比如丰田就是用的这种硫化物的固态电解质,所以固态电解质是有突破的,主要的突破是在硫化物的固态电解质。

  第二个问题就是固/固界面接触性和稳定性差。液体跟固体结合是很容易的,渗透进去。但是固体和固体接触性和稳定性就不是太好了,这是它很大的一个问题。硫化物电解质虽然锂离子导电率已经提高了,但是仍然有界面接触性和稳定性问题。第三个问题是金属锂的可充性问题。在固态电解质中,锂表面同样存在粉化和枝晶生长问题。其循环性,甚至安全性等还需要研究。此外,制造成本偏高也是其发展的一大问题。

  基于上述问题,特别是固态界面接触性/稳定性和金属锂的可充性问题,真正意义上的全固态金属锂电池技术,现在仍然还是不成熟的,还存在技术不确定性。目前展现出或者有突破的,有性能优势和产业化前景的,主要是固态锂离子电池。

  美求突破,中日韩较保守,各国固态锂电池区别化发展

  那么,固态锂离子电池跟全固态锂电池有什么区别呢?欧阳教授表示,固态电池不一定是全都是固态电解质,还有一点液态,是液态跟固态混合的,看混合的比是多大。而真正的固态锂离子电池,其电解质是固态,但在电芯中有少量的液态电解质;所谓半固态,就是固态电解质、液态电解质各占一半,或者说电芯的一半是固态的、一半是液态的,所以还有准固态的,就是主要为固态、少量是液态。

  欧阳教授对于固态锂电池国内外的发展动态进行了详尽的分析,他表示,现在固态锂电池持续升温,美国、欧洲、日本、韩国、中国都在投入。

  虽然都在发展同一个技术,但各个国家的心态却不太一样。例如美国,以小公司,创业型公司为主。欧阳教授指出,美国有两家公司还是不错的,都是初创公司,一个是S-akit3,续驶里程能到500公里,现在还处于初级阶段。还有一个Solid—State,还有一家公司被宝马等几家大公司投资了。因此美国主要是小公司、创业公司干,立足于颠覆性技术。

  再来看中日韩为代表的亚洲国家,欧阳教授评价到:“日本基本上都是固态锂离子电池,最著名的当属丰田,将在2022年实现其商品化。但其实丰田做的不是全固态锂金属电池,而是固态锂离子电池,它的负极是石墨类,硫化物电解质,高电压正极,单体电池容量15安时,电压是十几V的那种。2022年实现商品化,这个是靠谱的”。所以在日本,并没有颠覆,还是锂离子电池,正负极还可以用以前的。韩国在电池方面的发展与日本也是大同小异,也是石墨类负极,并不是金属锂负极。欧阳教授表示:“中、日、韩的发展情况是类似的,因为我们已经有了很大的锂离子电池的产业链,不希望推倒重来”。

(责任编辑:魏美茹)
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