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歐陽明高院士:全固態(tài)電池仍然是值得追求的目標

2023-04-17 09:38  來源:澎湃新聞  瀏覽:  

“全固態(tài)電池技術(shù)雖然現(xiàn)目前仍然面臨著很多挑戰(zhàn),但仍然是我們值得去追求的目標。這個目標不是短期的,可以看作是面向2030年,值得創(chuàng)新的目標。”在4月16日下午舉辦的第二屆世界動力電池大會云上宜賓高端論壇中,中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高表示。

在論壇中,歐陽明高也告誡中國新能源車企和電池企業(yè),要對這一技術(shù)路線高度重視。

所謂固態(tài)電池,即電池使用固體電極和固體電解質(zhì),而不是傳統(tǒng)鋰離子電池中的液體或凝膠電解質(zhì)。與傳統(tǒng)鋰離子電池相比,全固態(tài)電池的優(yōu)勢通常被認為是具有更高的能量密度,更長的貨架期,并且由于降低了液體電解質(zhì)泄漏和易燃性的風險而提高了安全性。

歐陽明高表示,“現(xiàn)在全球已經(jīng)有無數(shù)人投入到了這場創(chuàng)新運動,隨著CHATGPT技術(shù)的出現(xiàn),對新材料的探索效率極大提高,開發(fā)的周期能夠縮短,通過全球的努力,全固態(tài)電池能夠取得成功。”

“我們發(fā)現(xiàn),在全球頂刊上發(fā)表的與固態(tài)電池技術(shù)相關(guān)的論文正在指數(shù)般地增長,可以說技術(shù)是在商業(yè)化的前夜。”歐陽明高說。

據(jù)了解,目前在全球范圍內(nèi),日本企業(yè)在全固態(tài)電池上面投入得最多。擁有固態(tài)電池技術(shù)專利最多的豐田汽車,計劃2025年前實現(xiàn)全固態(tài)電池小規(guī)模量產(chǎn),2030年前全固態(tài)電池要實現(xiàn)穩(wěn)定量產(chǎn)。

今年早些時候,日本汽車制造商日產(chǎn)(Nissan)宣布,日產(chǎn)研發(fā)的全固態(tài)電池和現(xiàn)在的液體電解液鋰離子電池相比,成本會降低50%,能量密度提高1倍,并且可提供比現(xiàn)在電池快3倍的充電速度。日產(chǎn)計劃在2025年建立并運行全固態(tài)電池試點生產(chǎn)廠,然后在2028年首次應用在汽車上,逐步實現(xiàn)量產(chǎn)。

歐洲主流車企方面,大眾集團投資了固態(tài)電池初創(chuàng)公司QuantumScape,并在2021年稱,預計固態(tài)電池投入使用的時間將在2025年。寶馬集團則與初創(chuàng)公司Solid Power公司合作,后者將在2023年向?qū)汃R交付測試樣品,第一輛采用全固態(tài)電池的寶馬原型車計劃在2025年之前推出,2030年之前將實現(xiàn)全固態(tài)電池的量產(chǎn)。

Solid Power公司研發(fā)的固態(tài)電池q不過在國內(nèi),全固態(tài)電池的路線似乎不被整車廠和頭部電池企業(yè)看好。在此次論壇中,上汽集團副總工程師、上汽捷能汽車技術(shù)有限公司總經(jīng)理朱軍說,對于整車廠而言,電池的安全放在考慮和計算的第一位,然后是電池的壽命與可靠性,以及成本。

“最后計算的還是成本。全固態(tài)電池能量密度再高,主流的電動汽車看重的還是成本。如果半固態(tài)、全固態(tài)電池能夠幫助主流汽車廠商降低成本,那么應該很快就能商用。”朱軍說。

朱軍認為,現(xiàn)在通過現(xiàn)有電池結(jié)構(gòu)的改善,使用液態(tài)電解液鋰離子電池的能量密度不是問題,磷酸鐵鋰電池也能做成70—100度的電池包。

而國內(nèi)第三大動力電池廠商中創(chuàng)新航科技集團股份有限公司高級副總裁兼CTO潘芳芳說,對能量密度的追求是電池技術(shù)進步的驅(qū)動力,此外也要兼顧能量密度與安全的平衡,與性能的平衡,與成本的平衡。

在潘芳芳看來,就能量密度而言,通過對電池正負極材料的繼續(xù)挖掘,結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新,減少電解液的使用,現(xiàn)有的液態(tài)電解質(zhì)電池仍然有進一步的提升空間。例如現(xiàn)在的液態(tài)鋰電池能量密度能夠做到350WH/kg,循環(huán)1500周,沿著液態(tài)電池的路線,電池終極的能量密度天花板有可能做到500WH/kg。

而在安全層面而言,潘芳芳認為,“電池安全是一個系統(tǒng)性的問題,除了材料本質(zhì)的穩(wěn)定性,系統(tǒng)的防護,全生命周期的管理都是保持安全的手段,如果全固態(tài)電池到了量產(chǎn)的時間,而液態(tài)電池的安全性也取得了相應的進步,并且能夠很好地兼顧性能、技術(shù)、成本的話,那么一條技術(shù)路線大規(guī)模的推廣需要考慮成本和實際。”

“如果除了安全,電池其他的性能不能兼顧,那么應用空間有多大要打個問號。當全固態(tài)電池商業(yè)化成功的時候,其能否跟更成熟的液態(tài)電池相比又要打個問號。”潘芳芳說。

此前,全球動力電池龍頭寧德時代董事長曾毓群談及固態(tài)電池技術(shù)時,也認為固態(tài)電池難以形成有技術(shù)可行性和市場競爭力的產(chǎn)品,

但歐陽明高認為,全固態(tài)電池對于現(xiàn)有液態(tài)鋰離子電池是徹底的顛覆。在全固態(tài)電池中,鋰離子的傳輸機理完全改變,一般液態(tài)電解質(zhì)鋰離子遷移數(shù)為0.5,硫化物固態(tài)電解質(zhì)鋰離子遷移數(shù)為1;全固態(tài)電池具有高溫100攝氏度到零下幾十度的寬溫度性能;全固態(tài)電池電壓窗口提高后,正負極材料的選擇范圍大大提升(正極可以選擇硫等);甚至可以在全固態(tài)電池中使用在燃料電池中應用的雙極板。

這和目前資本市場上十分火熱的固液混合物電池也完全不同。固液混合物電池在現(xiàn)有的液態(tài)電池技術(shù)基礎(chǔ)上,仍然保留部分電解液,電池改變的機理不大。雖然固液混合電池能夠提升比能量,以安全為目標,但是會損失電池倍率,影響充電,影響循環(huán)壽命。

歐陽明高表示現(xiàn)目前要為行業(yè)注入信心,“不能只是埋頭拉車,不抬頭看路,我們電池企業(yè)現(xiàn)在為賺錢的事情還在很焦慮,但要小心對手一不留神就將技術(shù)顛覆了。”歐陽明高說。“不是說對手一定會顛覆,但是有全固態(tài)電池這個技術(shù),可能會有這個風險。作為電池大國,我們一定要引起重視。”

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