鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量：1149次 | 2022年03月12日
我國(guó)300wh/kg動(dòng)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(chǎn)的就是其著名的動(dòng)力電池2170，據(jù)說(shuō)比能量約為280瓦時(shí)/公斤。
最新的消息是，中國(guó)的高鎳三元鋰電池，比能量超過(guò)300瓦時(shí)/公斤，已完成研發(fā)。中國(guó)電動(dòng)車(chē)百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士歐陽(yáng)明高明確指出，寧德時(shí)代、天津力神、國(guó)軒高科等幾只團(tuán)隊(duì)，已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了300瓦時(shí)/公斤動(dòng)力電池的研發(fā)。
歐陽(yáng)明高指出，國(guó)家原計(jì)劃希望在2020年，達(dá)成比能量達(dá)到300瓦時(shí)/公斤動(dòng)力電池的量產(chǎn)目標(biāo)，是確定無(wú)疑的，甚至有機(jī)會(huì)沖擊比能量350瓦時(shí)/公斤。
2018年1月7日，在中國(guó)電動(dòng)車(chē)百人會(huì)舉行的一次媒體發(fā)布會(huì)，該組織執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高發(fā)表演講，就2018年-2030年，全球動(dòng)力電池的技術(shù)路線，階段性目標(biāo)以及熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行闡述。
一些重要的觀點(diǎn)簡(jiǎn)介如下：
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
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(chǎn)業(yè)化的300瓦時(shí)/公斤的動(dòng)力電池取得了實(shí)質(zhì)性突破，單體比能量達(dá)到350瓦時(shí)/公斤、系統(tǒng)260瓦時(shí)/公斤是我們力爭(zhēng)的目標(biāo)。
2、中科院寧波材料所跟贛鋒鋰業(yè)合作，正在推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化，計(jì)劃2019年量產(chǎn)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(fù)極是石墨類(lèi)（因此難度是小很多的）。
4、鋰硫、鋰空氣電池方面，目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)展相對(duì)緩慢，2017年沒(méi)有看到突破性的進(jìn)展。
5、全固態(tài)鋰電池會(huì)在2025-2030年之間取得突破。
IP67防水，充放電分口 安全可靠
標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測(cè)繪、無(wú)人設(shè)備
更詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)看歐陽(yáng)明高先生的演講全文：
今年年會(huì)（1月21日）做報(bào)告我也將代表總體專家組，做技術(shù)報(bào)告。技術(shù)問(wèn)題非常多，我現(xiàn)在重點(diǎn)關(guān)注有三個(gè)問(wèn)題：電池、電耗、充電。
第一個(gè)，零部件層面、核心技術(shù)層面我想動(dòng)力電池肯定是關(guān)鍵，燃料電池當(dāng)然也很關(guān)鍵，我現(xiàn)在挑一個(gè)年度進(jìn)展最大的，因?yàn)榧夹g(shù)進(jìn)展太多了。
第二個(gè)，整車(chē)技術(shù)。我今年關(guān)注的不是里程，是電動(dòng)車(chē)的電耗，這是當(dāng)前整車(chē)集成技術(shù)的核心問(wèn)題。我今年年會(huì)也會(huì)講這個(gè)問(wèn)題。
第三個(gè)，從整個(gè)新能源汽車(chē)推廣應(yīng)用的系統(tǒng)工程來(lái)講，充電技術(shù)正在經(jīng)歷需求大增長(zhǎng)，技術(shù)大發(fā)展的時(shí)期。需要重點(diǎn)關(guān)注。
所以我在百人會(huì)年會(huì)大概會(huì)講這么三個(gè)問(wèn)題，但今天我只挑一個(gè)問(wèn)題，就是純技術(shù)的電池問(wèn)題。
一、國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池的主要技術(shù)進(jìn)展。
第一方面，2020年要產(chǎn)業(yè)化的300瓦時(shí)/公斤的動(dòng)力電池取得了實(shí)質(zhì)性突破。
目前新能源汽車(chē)專項(xiàng)里面有三個(gè)團(tuán)隊(duì)：一個(gè)是寧德時(shí)代新能源、一個(gè)是天津力神、一個(gè)是合肥國(guó)軒。這三個(gè)團(tuán)隊(duì)目前基本上采用的技術(shù)路線大同小異，正極高鎳三元，負(fù)極是硅碳。這個(gè)電池技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)接近應(yīng)用要求，可以說(shuō)有重大進(jìn)展。
比能量都已經(jīng)達(dá)到目標(biāo)了，寧德時(shí)代的能量密度達(dá)到304瓦時(shí)/公斤，其他兩家也差不多。循環(huán)壽命上，寧德時(shí)代也基本上在1000次左右，當(dāng)然還有部分企業(yè)安全性標(biāo)準(zhǔn)還沒(méi)有完全滿足，寧德時(shí)代安全性也全部通過(guò)。
300瓦時(shí)/公斤的單體，大概能做出200-210瓦時(shí)/公斤的電池系統(tǒng)，因?yàn)樗麄兓旧鲜?a href="/keywords/ruanbao/" class = "seo-anchor" data-anchorid=169 target="_blank">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(dá)到230瓦時(shí)/公斤，系統(tǒng)大約150瓦時(shí)/公斤。
在2018、2019年我們還需要再提高50~70瓦時(shí)/公斤，這個(gè)我認(rèn)為是可以做到的。至于在2020年，單體比能量達(dá)到350瓦時(shí)/公斤、系統(tǒng)260瓦時(shí)/公斤是我們力爭(zhēng)的目標(biāo)。
第二方面，到2025年時(shí)，希望沖擊單體電池400瓦時(shí)/公斤的產(chǎn)業(yè)化目標(biāo)。
單體300瓦時(shí)/公斤，變的是負(fù)極從碳變成硅碳，要達(dá)到400瓦時(shí)/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(chē)重大專項(xiàng)”取得突破性進(jìn)展的是高容量富鋰錳基正極材料。
有兩個(gè)單位承擔(dān)了前沿基礎(chǔ)項(xiàng)目，一個(gè)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(dá)到的指標(biāo)是100周之后電壓衰減降到了2%以內(nèi)，應(yīng)該說(shuō)這是一個(gè)重大的進(jìn)展。
另外一個(gè)是北京大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，首次研制出了比容量400毫安時(shí)/克的富鋰錳基正極，對(duì)于400瓦時(shí)/公斤應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)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(guó)內(nèi)有多家研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)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(shí)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(jìn)產(chǎn)業(yè)化，計(jì)劃2019年量產(chǎn)固態(tài)鋰離子電池。
應(yīng)當(dāng)說(shuō)固態(tài)電池?zé)o疑是2017年全球電池領(lǐng)域最熱的一個(gè)技術(shù)名詞，所以下面我以固態(tài)電池為例來(lái)介紹全球動(dòng)力電池技術(shù)熱點(diǎn)。
二、全球電池技術(shù)熱點(diǎn)：全固態(tài)鋰電池技術(shù)概況
全固態(tài)鋰電池，這幾個(gè)詞每一個(gè)字都不能少、不能變，比方說(shuō)“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(gè)概念。
所謂“全固態(tài)鋰電池”是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài)，不含任何液態(tài)組份的鋰電池，所以我們?nèi)Q是“全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池”。
這個(gè)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(shí)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(gè)概念又要區(qū)別，所謂全固態(tài)金屬鋰電池，就是它的負(fù)極用的是鋰金屬，我們現(xiàn)在負(fù)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(chē)上用就10多年，所以很年輕但是進(jìn)步很快。
早期所指的全固態(tài)鋰電池，都是指金屬鋰為負(fù)極的全固態(tài)金屬鋰電池，所以一說(shuō)全固態(tài)往往說(shuō)到這個(gè)，就是說(shuō)全固態(tài)的是以鋰金屬為負(fù)極的。
全固態(tài)鋰電池有幾個(gè)潛在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
第一，比方說(shuō)安全性高。因?yàn)樗鼪](méi)有有機(jī)溶劑作為電解質(zhì)引發(fā)電解液燃燒問(wèn)題。
第二，能量密度高。這個(gè)要說(shuō)明的是，固態(tài)電解質(zhì)的密度和使用量高于液態(tài)電解質(zhì)，在正負(fù)極材料相同的時(shí)候，他的優(yōu)勢(shì)是不明顯的。但如果有了固態(tài)電解質(zhì)之后就沒(méi)有電解液泄漏問(wèn)題，所以它可以一片片全部疊起來(lái)，不像我們非要搞一個(gè)軟包包起來(lái)，這樣體積比能量就會(huì)高。
第三，正極材料選擇的范圍寬。因?yàn)樨?fù)極是鋰金屬，正極不含鋰都可以。還有，電解質(zhì)的電壓窗口會(huì)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(zhì)無(wú)流動(dòng)性，可以方便地通過(guò)內(nèi)串聯(lián)組成高電壓?jiǎn)误w，利于電池系統(tǒng)成組效率和能量密度的提高。
但是問(wèn)題也有。
第一個(gè)問(wèn)題是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低。
現(xiàn)在有三種固態(tài)電解質(zhì)，一種是聚合物，一種是氧化物，一種是硫化物。聚合物電解質(zhì)這種，其實(shí)這個(gè)電池已經(jīng)有了，現(xiàn)在在法國(guó)有些車(chē)上用，它的問(wèn)題就是要加熱，電池要加熱到60度，離子電導(dǎo)率才上來(lái)，電池才能正常工作。
目前氧化物電解質(zhì)的電導(dǎo)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(zhì)的電導(dǎo)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(zhì)，所以固態(tài)電解質(zhì)是有突破的，主要的突破是在硫化物的固態(tài)電解質(zhì)。
第二個(gè)問(wèn)題就是固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差。
液體跟固體結(jié)合是很容易的，滲透進(jìn)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(gè)問(wèn)題。硫化物電解質(zhì)雖然鋰離子導(dǎo)電率已經(jīng)提高了，但是仍然有界面接觸性和穩(wěn)定性問(wèn)題。
第三個(gè)問(wèn)題是金屬鋰的可充性問(wèn)題。
在固態(tài)電解質(zhì)中，鋰表面同樣存在粉化和枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題。其循環(huán)性，甚至安全性等還需要研究。
當(dāng)然還有一個(gè)問(wèn)題，就是制造成本偏高。
基于上述問(wèn)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(wèn)題，真正意義上的全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)，現(xiàn)在仍然還是不成熟的，還存在技術(shù)不確定性。
目前展現(xiàn)出或者有突破的，有性能優(yōu)勢(shì)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(zhì)，就是說(shuō)還有一點(diǎn)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(zhì)是固態(tài)，但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì)；所謂半固態(tài)，就是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)各占一半，或者說(shuō)電芯的一半是固態(tài)的、一半是液態(tài)的，所以還有準(zhǔn)固態(tài)的，就是主要為固態(tài)、少量是液態(tài)。
關(guān)于固態(tài)鋰電池國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)
現(xiàn)在固態(tài)鋰電池持續(xù)升溫，美國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)、我國(guó)，都在投入。各個(gè)國(guó)家心態(tài)不太一樣。
例如美國(guó)，以小公司，創(chuàng)業(yè)型公司為主。美國(guó)有兩家公司還是不錯(cuò)的，都是初創(chuàng)公司，一個(gè)是Sakti3，續(xù)駛里程能到500公里，現(xiàn)在還處于初級(jí)階段。還有一個(gè)叫SolidPower，被寶馬等幾家大公司投資了。美國(guó)主要是小公司、創(chuàng)業(yè)公司干，立足于顛覆性技術(shù)。
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(shí)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(fù)極是石墨類(lèi)，硫化物電解質(zhì)，高電壓正極，單體電池容量15安時(shí)，電壓是十幾V的那種，2022年實(shí)現(xiàn)商品化，這個(gè)是靠譜的。
所以在日本，并沒(méi)有顛覆，還是鋰離子電池，正負(fù)極還可以用以前的。韓國(guó)，也是石墨類(lèi)負(fù)極，并不是金屬鋰負(fù)極，跟日本差不多。
中、日、韓的情況是類(lèi)似的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)有了很大的鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)鏈，不希望推倒重來(lái)。
三、綜合評(píng)述與展望
第一，鋰離子動(dòng)力電池有望于2020年前實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo)。
目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平，但安全性研究尚待加強(qiáng)。這種電池的核心是安全性。
第二，作為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)期目標(biāo)的兩類(lèi)新體系，鋰硫、鋰空氣電池方面，目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)展相對(duì)緩慢，2017年沒(méi)有看到突破性的進(jìn)展。
從原理來(lái)講，鋰硫電池的重量比能量跟體積比能量基本相當(dāng)，所以它的體積比能量要提上來(lái)是有相當(dāng)難度的。
我們乘用車(chē)、轎車(chē)對(duì)體積比能量的要求可能比重量比能量來(lái)的還要重要，雖然說(shuō)有每公斤400瓦時(shí)/公斤，體積比能量也只有400瓦時(shí)/升，這個(gè)我們對(duì)轎車(chē)來(lái)講就不大好了。
鋰離子電池一般來(lái)講，比方說(shuō)重量比能量300瓦時(shí)/公斤，體積比就可以達(dá)到600瓦時(shí)/升。
鋰空氣電池，應(yīng)該說(shuō)集合了鋅空電池、氫燃料電池、鋰二次電池的所有難點(diǎn)。相比而言氫燃料電池更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
第三，全固態(tài)鋰電池的研發(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(fù)極可充性兩大問(wèn)題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負(fù)極電池還沒(méi)有成熟，但是以無(wú)機(jī)硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池應(yīng)該說(shuō)出現(xiàn)突破。
總體看固態(tài)電池發(fā)展的路徑，電解質(zhì)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(fù)極，會(huì)是從石墨負(fù)極，到硅碳負(fù)極，我們現(xiàn)在正在從石墨負(fù)極向硅碳負(fù)極轉(zhuǎn)型，最后有可能到金屬鋰負(fù)極，但是目前還存在技術(shù)不確定性。
第四，中國(guó)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(fù)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(jù)上面的進(jìn)展分析，我們專家組對(duì)技術(shù)電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)判斷做了一次優(yōu)化迭代（不作為國(guó)家電池技術(shù)路線圖的依據(jù)，僅供參考），具體如下：
1、2020年，比能量300瓦時(shí)/公斤、比功率1000瓦時(shí)/公升，循環(huán)1000次以上，成本0.8元/瓦時(shí)以內(nèi)，這個(gè)是確定的。
這個(gè)所對(duì)應(yīng)的材料是什么呢？高鎳三元。大家知道我們現(xiàn)在國(guó)內(nèi)正在從鎳：鈷：錳比例3：3：3轉(zhuǎn)向6：2：2，就是高鎳，鎳變成6，再轉(zhuǎn)變到8：1：1，鎳變成8，鈷進(jìn)一步降到1，甚至鈷進(jìn)一步降到0.5。負(fù)極要從碳負(fù)極向硅碳負(fù)極轉(zhuǎn)型。這是我們當(dāng)前的技術(shù)變革。
2、到2025年，正極材料方面進(jìn)一步提升性能，比如說(shuō)我們今年取得重要突破的富鋰錳基材料，當(dāng)然還會(huì)有其他材料。
2020~2025年，從300瓦時(shí)/公斤—400瓦時(shí)/公斤，每瓦時(shí)成本從8毛錢(qián)降到6毛錢(qián)以內(nèi)。這個(gè)時(shí)候我們一般的性價(jià)比的純電動(dòng)轎車(chē)合理的里程300—400公里。
3、到2030年，在電解質(zhì)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(zhì)，就是全固態(tài)鋰電池會(huì)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，電池單體比能量有望沖擊500瓦時(shí)/公斤。
2030年，常規(guī)的性價(jià)比車(chē)型應(yīng)該可以達(dá)到500公里以上。當(dāng)然需要其它技術(shù)的配合。
