全固態(tài)鋰電池，這幾個詞每一個字都不能少、不能變，比方說“全固態(tài)”跟“固態(tài)”是不一樣的，“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)間內所使用的電極和電解質材料均呈固態(tài)，不含任何液態(tài)組份的鋰電池，所以我們全稱是“全固態(tài)電解質鋰電池”。這個全固態(tài)鋰電池又分成全固態(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，就是它的負極用的是鋰金屬，我們現(xiàn)在負極大家知道用的是碳或者硅碳或者鈦酸鋰。

 

全固態(tài)鋰電池的概念比鋰離子電池出現(xiàn)的更早，大家知道鋰離子電池只出現(xiàn)了25年左右，是日本人發(fā)明的，到現(xiàn)在25年，真正到車上用就10多年，所以很年輕但是進步很快。早期所指的全固態(tài)鋰電池，都是指金屬鋰為負極的全固態(tài)金屬鋰電池，所以一說全固態(tài)往往說到這個，就是說全固態(tài)的是以鋰金屬為負極的，這就是以前的概念。全固態(tài)鋰電池有幾個潛在的技術優(yōu)勢，比方說安全性高，因為它沒有有機溶劑作為電解質引發(fā)電解液燃燒問題；第二，能量密度高，這個當然要說明的是，固態(tài)電解質的密度和使用量高于液態(tài)電解質，在正負極材料相同的時候，他的優(yōu)勢是不明顯的，當然如果有了固態(tài)電解質之后就沒有電解液泄漏問題，所以它可以一片片全部疊起來，不像我們非要搞一個軟包包起來，這樣體積比能量就會高。第三，正極材料選擇的范圍寬，因為負極是鋰金屬，正極不含鋰都可以。還有，電解質的電壓窗口會更寬些，正極材料選擇范圍也就大，比能量也可以提高；第四，系統(tǒng)比能量高，由于電解質無流動性，可以方便地通過內串聯(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。

 

但是問題也有，第一個問題是固態(tài)電解質材料的離子電導率偏低?，F(xiàn)在有三種固態(tài)電解質，一種是聚合物，一種是氧化物，一種是硫化物，聚合物電解質這種，其實這個電池已經(jīng)有了，現(xiàn)在在法國有些車上用，它的問題就是要加熱，電池要加熱到60度，離子電導率才上來，電池才能正常工作。目前氧化物電解質一般比液態(tài)的還是要低很多。只有硫化物的固態(tài)電解質現(xiàn)在跟液態(tài)的差不多，比如豐田就是用的這種硫化物的固態(tài)電解質，所以固態(tài)電解質是有突破的，主要的突破是在硫化物的固態(tài)電解質。

 

第二個問題就是固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差。液體跟固體結合是很容易的，滲透進去。但是固體和固體接觸性和穩(wěn)定性就不是太好了，這是它很大的一個問題。硫化物電解質雖然鋰離子導電率已經(jīng)提高了，但是仍然有界面接觸性和穩(wěn)定性問題。    

 

第三個問題是金屬鋰的可充性問題。在固態(tài)電解質中，鋰表面同樣存在粉化和枝晶生長問題。其循環(huán)性，甚至安全性等還需要研究。

 

當然還有一個問題，就是制造成本偏高。

 

基于上述問題，特別是固態(tài)界面接觸性/穩(wěn)定性和金屬鋰的可充性問題，真正意義上的全固態(tài)金屬鋰電池技術，現(xiàn)在仍然還是不成熟的，還存在技術不確定性。目前展現(xiàn)出或者有突破的，有性能優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)化前景的，主要是固態(tài)鋰離子電池。 

 

固態(tài)鋰離子電池跟全固態(tài)鋰電池有什么區(qū)別？固態(tài)電池，不一定是全都是固態(tài)電解質，就是說還有一點液態(tài)，是液態(tài)跟固態(tài)混合的，看混合的比是多大。真正的固態(tài)鋰離子電池，其電解質是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質；所謂半固態(tài)，就是固態(tài)電解質、液態(tài)電解質各占一半，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)的，就是主要為固態(tài)、少量是液態(tài)。

 

關于固態(tài)鋰電池國內外動態(tài)?，F(xiàn)在固態(tài)鋰電池持續(xù)升溫，美國、歐洲、日本、韓國、我國，都在投入。各個國家心態(tài)不太一樣。例如美國，以小公司，創(chuàng)業(yè)型公司為主。美國有兩家公司還是不錯的，都是初創(chuàng)公司，一個是S-akit3，續(xù)駛里程能到500公里，現(xiàn)在還處于初級階段。還有一個Solid—State，還有一家公司被寶馬等幾家大公司投資了。因此美國主要是小公司、創(chuàng)業(yè)公司干，立足于顛覆性技術。日本的，基本上是固態(tài)鋰離子電池，最著名的豐田，將在2022年實現(xiàn)商品化，我們看看豐田干的是什么？豐田做的不是全固態(tài)鋰金屬電池，做的是固態(tài)鋰離子電池，它的負極是石墨類，硫化物電解質，高電壓正極，單體電池容量15安時，電壓是十幾V的那種，2022年實現(xiàn)商品化，這個是靠譜的。所以在日本，并沒有顛覆，還是鋰離子電池，正負極還可以用以前的。韓國，也是石墨類負極，并不是金屬鋰負極，跟日本差不多。中、日、韓的情況是類似的，因為我們已經(jīng)有了很大的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來。

 

三、綜合評述與展望

 

第一，鋰離子動力電池有望于2020年前實現(xiàn)300瓦時/公斤目標，目前國內外技術研發(fā)基本處于同一水平，但安全性研究尚待加強。這種電池的核心是安全性。

 

第二，作為實現(xiàn)遠期目標的兩類新體系，鋰硫、鋰空氣電池方面，目前國內外進展相對緩慢，2017年沒有看到突破性的進展。從原理來講，鋰硫電池的重量比能量跟體積比能量基本相當，所以它的體積比能量要提上來是有相當難度的。我們乘用車、轎車對體積比能量的要求可能比重量比能量來的還要重要，雖然說有每公斤400瓦時/公斤，體積比能量也只有400瓦時/升，這個我們對轎車來講就不大好了。鋰離子電池一般來講，比方說重量比能量300，體積比能量比如300瓦時/公斤，就可以達到600瓦時/升。鋰空氣電池，應該說集合了鋅空電池、氫燃料電池、鋰二次電池的所有難點。相比而言氫燃料電池更具競爭優(yōu)勢。

 

第三，固態(tài)電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化持續(xù)升溫，但受到固/固界面穩(wěn)定性和金屬鋰負極可充性兩大問題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負極電池還沒有成熟，但是以無機硫化物作為固態(tài)電解質的鋰離子電池應該說出現(xiàn)突破。總體看固態(tài)電池發(fā)展的路徑，電解質可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合到固態(tài)，最后到全固態(tài)。至于負極，會是從石墨負極，到硅碳負極，我們現(xiàn)在正在從石墨負極向硅碳負極轉型，最后有可能到金屬鋰負極，但是目前還存在技術不確定性。

 

第四，中國在高容量富鋰正極材料方面2017年取得了一些突破，基于高容量富鋰正極和高容量硅碳負極的革新型鋰離子電池比鋰硫和鋰-空電池更具可行性。這是我們一個綜合評估。

 

根據(jù)上面的進展分析，我們專家組對技術電池技術的發(fā)展趨勢判斷做了一次優(yōu)化迭代（不作為國家電池技術路線圖的依據(jù)，僅供參考），具體如下：

 

2020年，比能量300瓦時/公斤、比功率1000瓦時/公斤，循環(huán)1000次以上，成本0.8元/瓦時以內，這個是確定的，這個所對應的材料是什么呢？高鎳三元，大家知道我們現(xiàn)在國內正在從鎳：鈷：錳比例3：3：3轉向6：2：2，就是高鎳，鎳變成6，再轉變到8：1：1，鎳變成8，鈷進一步降到1，甚至鈷進一步降到0.5。負極要從碳負極向硅碳負極轉型。這是我們當前的技術變革。

 

到2025年，正極材料方面進一步提升性能，比如說我們今年取得重要突破的富鋰錳基材料，當然還會有其他材料。我們2020-2025年，從300瓦時/公斤—400瓦時/公斤，每瓦時成本從8毛錢以內到6毛錢以內。這個時候我們一般的性價比的純電動轎車合理的里程300—400公里。

 

到2030年，希望在電解質方面取得突破，也就是2025-2030年最大的突破可能在電解質，就是固態(tài)電池會規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊500瓦時/公斤。2030年，常規(guī)的性價比車型應該可以達到500公里以上。當然需要其它技術的配合。如果電耗極大，例如冬天百公里三四十度電，電池好也不行。現(xiàn)在電動車越做越大，例如大SUV，車子重、風阻系數(shù)大，是一個值得改進的問題。

 

以下為記者提問內容：

 

提問：想問歐陽老師，國內的車企和跨越公司電動汽車核心技術方面目前到底有多大的差距？有一種觀點認為，跨國公司相關技術積累和儲備其實都有，而且很深厚，只不過沒有拿進來、沒有導入而已。另外我也注意到一個現(xiàn)象，比如說我們講到寧德時代，在寧德時代發(fā)展過程中寶馬公司應該對它有很大的幫助和提升，如果在整車的大眾這些電動汽車平臺架構，包括您剛才講到的豐田公司在固態(tài)鋰離子電池方面技術領先的狀況。想請您來評估一下國內外核心技術方面的差距。

 

歐陽明高：第一個層次是電池、電機與電控零部件核心技術。

 

整車廠不做零部件，但是對零部件的理解比做零部件的人可能還清楚。比如說寧德時代新能源做電池就從寶馬學到了很多。寶馬對電池怎么掌握呢？整車企業(yè)不光委托一家零部件企業(yè)，而是會同時找10家、8家，都跟我合作，所以他的信息比擬單獨一家清楚得多，拿過來就給你做評價、做對比。所以他比單一的零部件廠家反而了解的更多。寶馬還在全球找許多大學和研究機構搞產(chǎn)學研合作，我們清華就是2011年開始寶馬合作研究電池安全性的。他的水平體現(xiàn)在哪里呢？制定大量的規(guī)格、規(guī)范和標準，這是整車廠的技術水平?，F(xiàn)在國內整車廠還是有差距的。

 

第二個層次是系統(tǒng)技術。

 

電動車的核心技術具體來講是幾大系統(tǒng)：

 

“電池”，不是單體電池，是整個電池系統(tǒng)，包括高壓電氣系統(tǒng)、熱管理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等等。

 

“電機”，是整個電驅動系統(tǒng)，包括電機、變速器、控制器，電機在車里面的安裝、布置、走線，這些是要做的，包括電機驅動性怎么樣跟司機結合，因為司機的反應、響應都是靠油門下去，一腳油門直接連電機的，這個中間什么樣的特性最好？什么樣最節(jié)能？這是整車廠要干的事情。我們有一張表，“司機駕駛意圖解釋”，是為了搞清楚駕駛者想干什么，驅動和回饋要結合等等，這都是驅動系統(tǒng)要干的事。電機既要驅動，又要制動，制動又有各種各樣的模式，各種各樣的愛好都不一樣。比方說日產(chǎn)，搞了一種單油門操作，不要制動踏板，就是靠一個加速踏板就行了，就是自動回饋很重，一般自動回饋就夠了，除非是緊急的時候用一下剎車，一般情況下不用剎車。這是把整個一條連成一個線條，甚至驅動又要傳動軸出去會有比方說振動，因為加速的時候幾秒秒鐘加速到100公里，那個扭矩是非常大的，傳動軸系就可能起振，車就開始振動了，這也是驅動系統(tǒng)的事，包括自動巡航，這也是驅動系統(tǒng)的事，整個這條鏈是跟電機相關的驅動、制動這個系統(tǒng)，當然是核心技術。