鉅大LARGE | 點擊量：570次 | 2022年11月16日
全固態(tài)鋰電池的研究和應用
2015年6月3日，由國家能源局指導，中關村儲能產(chǎn)業(yè)技術聯(lián)盟（CNESA）與杜塞爾多夫展覽（上海）有限公司共同主辦的“儲能國際峰會2015”在北京召開。在儲能技術分論壇上，中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員許曉雄發(fā)表主題演講，以下為演講內(nèi)容。
中國科學院寧波材料技術與工程研究所研究員許曉雄：
我們研究所主要做鋰電池細分行業(yè)中的全固態(tài)鋰電池。
所有的化學能源都會涉及到安全問題，對于鋰離子電池來說，安全問題也至關重要。全固態(tài)鋰電池的材料比較安全，另外本質(zhì)性的反應比較少，因此使用壽命有望做到比普通鋰離子電池長很多。
我們研究所在解決鋰電池安全方面做了很多工作，比如對鋰離子電池進行電解液添加和隔膜表面涂層研究，但這些都是在從局部解決安全問題。在化學儲能領域從根本上解決安全問題，全固態(tài)器件是比較好的研究方向。美國已經(jīng)做出相關規(guī)劃，要在全固態(tài)聚合物上進行大量研發(fā)投入；日本根據(jù)2014年修訂的計劃，對固態(tài)電池進行了重新闡述，同時也進行了更大力度的投入，其原因是現(xiàn)階段一些日本企業(yè)的研究成果得到了進一步推進。
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%
固態(tài)電池就是用固態(tài)電解液材料替換液態(tài)電解液，實現(xiàn)二次電池化學儲能。從世界范圍來看，現(xiàn)在固態(tài)電池領域發(fā)展比較快也比較好的是日本，尤其是豐田汽車。根據(jù)2012年的數(shù)據(jù)，他們的電池單體容量實現(xiàn)了比較好的循環(huán)次數(shù)；2014年，他們對外報道是數(shù)據(jù)實現(xiàn)了固態(tài)電池大容量80萬次的放點水平；預計2020年，他們會將這種技術應用在SUV汽車上。美國在固態(tài)電池領域也處于快速研發(fā)階段，尤其是超高提及能量密度電池，目前這種電池主要應用于高端的3C產(chǎn)品，包括可穿戴產(chǎn)品市場中，未來這一市場容量還會逐漸增加。
我國在“八五”、“九五”期間已經(jīng)開始了固態(tài)電池的相關研究，“十二五”期間科技部“863項目組”啟動了對這項研究的支持。
固態(tài)電池隨著溫度升高，電導率也會提升。三星基于日本技術，利用手機大屏幕的發(fā)熱效應提升固態(tài)電池的性能，溫度越高性能就越好。在技術層面，歐洲做的相對成熟，截止到2014年，已經(jīng)有超過3000輛聚合物能源車在路上跑，他們的電池正極用磷酸鐵鋰?，F(xiàn)階段來說，這些都是基于固態(tài)電池規(guī)?；瘧帽容^成功的案例。
目前，真正具有應用價值的固體電池材料有硫化物體系、無機材料、基于離子液體的有機材料、PUG材料。2011年后，我們研究所開發(fā)出一種超過現(xiàn)有鋰離子電池的電解質(zhì)材料應用在固態(tài)電池中后，發(fā)現(xiàn)正極材料的性能很難發(fā)揮出來，主要是電阻非常高，需要進行界面優(yōu)化。負極方面，我們希望把金屬作為基礎材料來提高電池能量密度，同時提高加工性能。
我們通過研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)合循環(huán)和電導率因素，離子電導率對電子能量密度的影響比較顯著。
寧波材料技術與工程研究所從2011年開始，基于固態(tài)電池做了幾方面研究：第一是電解質(zhì)材料研究，先是做了氧化類的電解質(zhì)材料，其優(yōu)點是在空氣中比較穩(wěn)定，然后基于高體積密度材料發(fā)展了氧化物類材料體系，提高電導率；第二，發(fā)展了硫化物材料，做出了適合應用重量、能量密度比較高的固態(tài)電池。第三，基于氧化物研發(fā)空氣電池，我們已經(jīng)制備出了密度比較高、非常薄的電池，而且可以做成不同的尺寸和形狀。
我們研發(fā)的大容量全固態(tài)鋰電池，在60℃下可以循環(huán)200次，保持96%的循環(huán)深度，穩(wěn)定性比較優(yōu)越。我們在90℃進行充放電，電池溫度升高的同時能量也在增加，驗證了全固態(tài)鋰電池的特性——溫度升高會導致電解質(zhì)材料導電性提高。
目前我們已經(jīng)為這項技術申請了20項專利?；谘趸锏娜虘B(tài)電池優(yōu)勢是密度很高，而且可以做成不同的尺寸。目前，國內(nèi)已經(jīng)有幾家大型企業(yè)開始投入相關研發(fā)。感謝大家聆聽。
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