什么是固態(tài)電池?固態(tài)電池真的安全嗎?
來(lái)源:寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-18 15:16
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對(duì)現(xiàn)有的動(dòng)力電池來(lái)說(shuō),問(wèn)題還是比較多,尤其是能量密度提高的問(wèn)題,主要的問(wèn)題我們認(rèn)為是兩點(diǎn),一個(gè)是隨著能量密度的提高,尤其到三百瓦時(shí)每公斤、四百瓦時(shí)每公斤、五百瓦時(shí)每公斤,這些都是為解決續(xù)駛里程提供了一個(gè)思路。這也就是這樣一個(gè)對(duì)應(yīng)關(guān)系,歷程程的焦慮,通過(guò)能量密度的提升能夠解決。但是另外又產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題,隨著能量密度的提高,安全問(wèn)題凸顯,安全的焦慮,這是第二個(gè)大的問(wèn)題。17年、18年,我們認(rèn)為純電動(dòng)汽車推進(jìn)比較成功的特斯拉是陸續(xù)發(fā)生了多起的比較嚴(yán)重的安全事故。這是安全的一個(gè)焦慮。
在解決能量密度問(wèn)題上,現(xiàn)在傳統(tǒng)的鋰離子電池主要是通過(guò)材料的優(yōu)化,包括正極的高鎳,乃至剛才一些老師介紹的富鋰,硅碳的復(fù)合材料體系,通過(guò)隔膜上一些思路,包括材料的攙雜、電解液的改性,以及自身工藝的優(yōu)化,還有等等其他一些方面。通過(guò)這樣一些思路,現(xiàn)在能夠?qū)崿F(xiàn)電芯單體三百瓦時(shí)每公斤的現(xiàn)狀,軟包電池,但是整個(gè)電池大家公開的數(shù)據(jù)來(lái)講,三百瓦時(shí)每公斤的電池安全性應(yīng)該是沒有得到完全解決。雖然能量密度解決了,安全問(wèn)題又凸顯了。
怎么解決安全的問(wèn)題?現(xiàn)在一些思路對(duì)傳統(tǒng)的鋰電池,主要通過(guò)電解液的添加,隔膜涂附的優(yōu)化、正極材料的一些思路。我們認(rèn)為要真正解決安全問(wèn)題的話,可能本身的思路還是通過(guò)實(shí)現(xiàn)全固態(tài)電化學(xué)儲(chǔ)能器件這樣一個(gè)思路。這是我們?yōu)槭裁匆龉虘B(tài)電池這么一個(gè)動(dòng)力,通過(guò)電池構(gòu)件的優(yōu)化,我們發(fā)現(xiàn)高安全、高能量密度的固態(tài)電池技術(shù)有可能形成未來(lái)電池以及儲(chǔ)能電池一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。但是我發(fā)現(xiàn)這兩年好像對(duì)固態(tài)電池又有點(diǎn)妖魔化,我們認(rèn)為固態(tài)電池它其實(shí)不是一個(gè)技術(shù)上完全的革新,它也就是現(xiàn)有鋰離子傳統(tǒng)電池一個(gè)技術(shù)路徑的延伸。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的隔膜或者電解液,通過(guò)一個(gè)能夠傳導(dǎo)鋰離子固態(tài)電解質(zhì)材料的取代,以實(shí)現(xiàn)電池結(jié)構(gòu)的變化。在正極或者負(fù)極材料上,跟現(xiàn)有的鋰離子電池還是有比較多的兼容性。同時(shí)他們工作原理幾乎是完全一致的,所以我們認(rèn)為它只是在技術(shù)路線上說(shuō),為了解決現(xiàn)有高比能電池的一些問(wèn)題,而延伸出來(lái)的一個(gè)路線。
現(xiàn)在我們梳理下來(lái),在全世界范圍內(nèi),我們認(rèn)為尤其像美國(guó)一些初創(chuàng)公司,但是作為引領(lǐng),像日本的豐田公司以及現(xiàn)有的韓國(guó)三星,他們已經(jīng)起到了一個(gè)引領(lǐng)的作用。前兩年大家比較火的像美國(guó)的企業(yè),前些年做的還是不錯(cuò)的。但是現(xiàn)在很可惜的,像博世收購(gòu)了Sell(音)之后,現(xiàn)在要出售這樣一個(gè)企業(yè),而且收購(gòu)了S-akit3之后,也放棄了這樣一個(gè)路線。我們中國(guó)前期主要以科研院所,包括一些大學(xué)在推進(jìn)這個(gè)技術(shù)的研發(fā)。在企業(yè)方面,現(xiàn)在主要包括像北京蔚來(lái)是跟物理所合作,贛鋒鋰業(yè)主要跟寧波材料所合作,像一些企業(yè),臺(tái)灣(硅能、氫淘音)進(jìn)行一些投入,引起廣泛的關(guān)注,這是我們了解到的一些信息,公開的一些信息。
大家都在講固態(tài)電池這么一個(gè)思路,說(shuō)固態(tài)電池是安全的,實(shí)際上固態(tài)電池到底有多安全或者怎么一個(gè)安全法?現(xiàn)在沒有一個(gè)系統(tǒng)的報(bào)道。,我們收集了一些情況,做了一些工作。首先在日本他們做了固態(tài)電池的測(cè)試,通過(guò)一些極限的測(cè)試,比如在火上進(jìn)行燒或者進(jìn)行加熱的話,發(fā)現(xiàn)它相對(duì)是要比傳統(tǒng)的鋰離子電池安全一些。同時(shí),我們?cè)瓉?lái)在寧波材料所做了一些全固態(tài)電池的器件,對(duì)它進(jìn)行一系列的測(cè)試,在早期,包括它的彎折,火上能夠加熱,都能體現(xiàn)出一定的安全特性。但是也不是所有的安全,我們也做過(guò)一些全固態(tài)電池,比如硫化物,它在某些工況條件下也是不安全的,燒起來(lái)也是比較厲害。
我們通過(guò)和贛鋒鋰業(yè)的合作,固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化之后,我們做出半固態(tài)電池或者叫固液混合的電池,通過(guò)現(xiàn)有的鋰離子電池系統(tǒng)的測(cè)試,包括各種像針刺、擠壓、過(guò)充、過(guò)放、加熱、存儲(chǔ)等等,通過(guò)與天津的汽車技術(shù)研究中心的合作,一起做了一些測(cè)試。發(fā)現(xiàn)它的安全性相對(duì)現(xiàn)有的相同體系的傳統(tǒng)鋰離子電池,它的安全特性有一定的提升。但是也在一些極限條件下,也會(huì)發(fā)生一些失控狀態(tài)的。通過(guò)這些數(shù)據(jù),我們能夠得到一個(gè)初步的結(jié)論,通過(guò)固態(tài)化這么一個(gè)技術(shù)路線,是能夠解決或者部分解決現(xiàn)有的高比能動(dòng)力電池安全問(wèn)題。這是我個(gè)人的看法,供大家參考。
接下來(lái),我講一下整個(gè)全固態(tài)電池或者固液混合的路線,發(fā)展的歷程。全固態(tài)電池很早就出現(xiàn)了,上世紀(jì)70年代,它是作為一個(gè)薄膜電池,應(yīng)用于特殊領(lǐng)域,包括微電子器械或者航空航天這些小型器件。作為薄膜器件,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商品化了,尤其一個(gè)成功的應(yīng)用案例在心臟起搏器上的應(yīng)用,而且美國(guó)、日本現(xiàn)在都在投入比較大的精力在進(jìn)行發(fā)展。再一個(gè)就是我剛才講的S-akit3這么一個(gè)企業(yè),是把面積擴(kuò)大這樣一個(gè)思路,而且也實(shí)現(xiàn)了某些特性,尤其像體積能量密度的提升。但是后面要做到一個(gè)很大的單體容量,還是有些難度,所以用在電力上可能是有一些限制。
第二個(gè),就是在豐田這一塊,我們現(xiàn)在了解下來(lái),確實(shí)它確確實(shí)實(shí)投入了近20多年的研發(fā),集聚了整個(gè)日本國(guó)內(nèi)的支持,在這塊確實(shí)在做。但是他們反映下來(lái),尤其在規(guī)模的量化制備上還是遇到比較多的瓶頸,近兩年的進(jìn)展稍微少一些。
我們國(guó)內(nèi)科技部老早就已經(jīng)有這樣的布局,其實(shí)在國(guó)家戰(zhàn)略設(shè)計(jì)上,我們和國(guó)外相比是不落后的。只是我們有些方面前期可能有些鋰離子電池的技術(shù)進(jìn)展比較大,大家的投入比較多,不同階段,大家關(guān)注點(diǎn)不一樣。
近兩年,我們認(rèn)為可能在基于硫化物或者剛才跟豐田的技術(shù)路線比較接近的路線上,三星是投入比較大的,而且這兩年進(jìn)展是比較突出的。今年三星所公布的最新數(shù)據(jù)反映,基于硫化物固體電池的全固態(tài)鋰電池,它們的體積能量密度能做到921瓦時(shí)每升,重量能量密度能夠做到427瓦時(shí)每公斤,這個(gè)在技術(shù)指標(biāo)上還是體現(xiàn)出了基于金屬鋰為負(fù)極,硫化物為固體電解質(zhì)這么一個(gè)技術(shù)路線技術(shù)指標(biāo)上的優(yōu)勢(shì)。而且三星是集聚整個(gè)公司比較大的財(cái)力,現(xiàn)在對(duì)世界范圍內(nèi)相關(guān)的全固態(tài)電池的標(biāo)的都進(jìn)行了投資、入股、技術(shù)跟蹤,這一塊我們相信他們的定位還是比較明確的,對(duì)這塊技術(shù)他是比較認(rèn)可,而且進(jìn)展確實(shí)比較快。












