鉅大LARGE | 點擊量：1152次 | 2022年03月12日
我國300wh/kg動力鋰電池已研發(fā)完成 固態(tài)電池不稀奇
讓特斯拉Model3限于難產的就是其著名的動力電池2170，據說比能量約為280瓦時/公斤。
最新的消息是，中國的高鎳三元鋰電池，比能量超過300瓦時/公斤，已完成研發(fā)。中國電動車百人會執(zhí)行副理事長、中國科學院院士歐陽明高明確指出，寧德時代、天津力神、國軒高科等幾只團隊，已經基本實現(xiàn)了300瓦時/公斤動力電池的研發(fā)。
歐陽明高指出，國家原計劃希望在2020年，達成比能量達到300瓦時/公斤動力電池的量產目標，是確定無疑的，甚至有機會沖擊比能量350瓦時/公斤。
2018年1月7日，在中國電動車百人會舉行的一次媒體發(fā)布會，該組織執(zhí)行副理事長歐陽明高發(fā)表演講，就2018年-2030年，全球動力電池的技術路線，階段性目標以及熱點問題進行闡述。
一些重要的觀點簡介如下：
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%
1、2020年，產業(yè)化的300瓦時/公斤的動力電池取得了實質性突破，單體比能量達到350瓦時/公斤、系統(tǒng)260瓦時/公斤是我們力爭的目標。
2、中科院寧波材料所跟贛鋒鋰業(yè)合作，正在推進產業(yè)化，計劃2019年量產固態(tài)鋰離子電池。
3、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（因此難度是小很多的）。
4、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。
5、全固態(tài)鋰電池會在2025-2030年之間取得突破。
更詳細內容，請看歐陽明高先生的演講全文：
今年年會（1月21日）做報告我也將代表總體專家組，做技術報告。技術問題非常多，我現(xiàn)在重點關注有三個問題：電池、電耗、充電。
第一個，零部件層面、核心技術層面我想動力電池肯定是關鍵，燃料電池當然也很關鍵，我現(xiàn)在挑一個年度進展最大的，因為技術進展太多了。
第二個，整車技術。我今年關注的不是里程，是電動車的電耗，這是當前整車集成技術的核心問題。我今年年會也會講這個問題。
第三個，從整個新能源汽車推廣應用的系統(tǒng)工程來講，充電技術正在經歷需求大增長，技術大發(fā)展的時期。需要重點關注。
所以我在百人會年會大概會講這么三個問題，但今天我只挑一個問題，就是純技術的電池問題。
一、國內動力電池的主要技術進展。
第一方面，2020年要產業(yè)化的300瓦時/公斤的動力電池取得了實質性突破。
目前新能源汽車專項里面有三個團隊：一個是寧德時代新能源、一個是天津力神、一個是合肥國軒。這三個團隊目前基本上采用的技術路線大同小異，正極高鎳三元，負極是硅碳。這個電池技術指標已經接近應用要求，可以說有重大進展。
比能量都已經達到目標了，寧德時代的能量密度達到304瓦時/公斤，其他兩家也差不多。循環(huán)壽命上，寧德時代也基本上在1000次左右，當然還有部分企業(yè)安全性標準還沒有完全滿足，寧德時代安全性也全部通過。
300瓦時/公斤的單體，大概能做出200-210瓦時/公斤的電池系統(tǒng)，因為他們基本上是軟包電池，不是方形電池。
我們2017年年底、2018年年初單體能量密度大概達到230瓦時/公斤，系統(tǒng)大約150瓦時/公斤。
在2018、2019年我們還需要再提高50~70瓦時/公斤，這個我認為是可以做到的。至于在2020年，單體比能量達到350瓦時/公斤、系統(tǒng)260瓦時/公斤是我們力爭的目標。
第二方面，到2025年時，希望沖擊單體電池400瓦時/公斤的產業(yè)化目標。
單體300瓦時/公斤，變的是負極從碳變成硅碳，要達到400瓦時/公斤我們要變的是正極。目前可選的正極有好幾種，我們“新能源汽車重大專項”取得突破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料。
有兩個單位承擔了前沿基礎項目，一個是中科院物理所，改善了富鋰錳基正極循環(huán)的電壓衰減。達到的指標是100周之后電壓衰減降到了2%以內，應該說這是一個重大的進展。
另外一個是北京大學的團隊，首次研制出了比容量400毫安時/克的富鋰錳基正極，對于400瓦時/公斤應該是沒有問題的，甚至可能更高。
第三方面，更加前沿的，是固態(tài)電池。
固態(tài)電池國內有多家研究機構和產業(yè)單位在做，包括中科院青島能源所、中科院寧波材料所，中科院物理所等，也包括寧德時代新能源、中航鋰電等。
最近中科院寧波材料所跟贛鋒鋰業(yè)合作，正在推進產業(yè)化，計劃2019年量產固態(tài)鋰離子電池。
應當說固態(tài)電池無疑是2017年全球電池領域最熱的一個技術名詞，所以下面我以固態(tài)電池為例來介紹全球動力電池技術熱點。
二、全球電池技術熱點：全固態(tài)鋰電池技術概況
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。
全固態(tài)鋰電池有幾個潛在的技術優(yōu)勢：
第一，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。但如果有了固態(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。
現(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。
目前氧化物電解質的電導率一般比液態(tài)的還是要低很多。
只有硫化物的固態(tài)電解質的電導率現(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。
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)
現(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Sakti3，續(xù)駛里程能到500公里，現(xiàn)在還處于初級階段。還有一個叫SolidPower，被寶馬等幾家大公司投資了。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，因為我們已經有了很大的鋰離子電池的產業(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瓦時/公斤，體積比就可以達到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，全固態(tài)鋰電池的研發(fā)產業(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?；诟呷萘扛讳囌龢O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。
根據上面的進展分析，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，僅供參考），具體如下：
1、2020年，比能量300瓦時/公斤、比功率1000瓦時/公升，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。
2、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。
2020~2025年，從300瓦時/公斤—400瓦時/公斤，每瓦時成本從8毛錢降到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。
3、到2030年，在電解質方面有希望取得突破，也就是2025~2030年最大的突破可能在電解質，就是全固態(tài)鋰電池會規(guī)模產業(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。
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