中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：“應(yīng)當(dāng)說，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，所以我以固態(tài)電池為例來介紹全球動(dòng)力電池技術(shù)熱點(diǎn)?！苯?，在中國電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇（2018）即將召開的前夕，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授、中國電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長歐陽明高為部分行業(yè)媒體開設(shè)了一堂關(guān)于固態(tài)電池的課程，而固態(tài)電池由于“年度進(jìn)展最大，技術(shù)進(jìn)展多”，也成為了歐陽明高教授以此為重點(diǎn)介紹對(duì)象的原因。
雖然是作為一種前沿技術(shù)，但事實(shí)上全固態(tài)鋰電池概念比鋰離子電池出現(xiàn)得更早，國內(nèi)已有多家研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)單位投入到前者的研發(fā)中。據(jù)歐陽明高介紹，中科院青島能源所開發(fā)的聚合物固態(tài)電池，能量密度達(dá)到300Wh/kg；中科院寧波材料所開發(fā)的無機(jī)固態(tài)鋰電池，能量密度達(dá)到240Wh/kg；此外寧波材料所與贛鋒鋰業(yè)合作，正在推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化，計(jì)劃2019年量產(chǎn)。
歐陽明高介紹：“全固態(tài)鋰電池，這個(gè)詞每一個(gè)字都不能少、不能變，‘全固態(tài)’跟‘固態(tài)’是不一樣的，‘鋰電池’和‘鋰離子電池’也不是一個(gè)概念。所謂‘全固態(tài)鋰電池’是一種在其工作溫度區(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)組分的鋰電池，所以全稱是‘全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池’。根據(jù)其是否可以反復(fù)充放，可進(jìn)一步細(xì)分成全固態(tài)鋰一次電池和全固態(tài)鋰二次電池，而根據(jù)負(fù)極是否直接使用金屬鋰為活性物質(zhì)，全固態(tài)鋰二次電池又分成全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池，前者的負(fù)極采用石墨或硅、錫等合金化反應(yīng)材料為負(fù)極，后者的負(fù)極用的是鋰金屬，而我們現(xiàn)在使用的負(fù)極材料主要是碳、硅碳或者鈦酸鋰?！?
簡而言之，全固態(tài)鋰電池的定義與分類較細(xì)，記者做了以下圖解：
之所以全固態(tài)鋰電池在業(yè)界受到廣泛關(guān)注，主要是因?yàn)樗型鉀Q目前困擾動(dòng)力電池發(fā)展的兩大關(guān)鍵問題，即安全性和能量密度低。
對(duì)此，歐陽明高談到：“全固態(tài)鋰電池有幾個(gè)潛在的技術(shù)優(yōu)勢。第一是安全性高，因?yàn)椴捎酶邿岱€(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)，代替了易燃的常規(guī)有機(jī)溶劑電解質(zhì)，避免引發(fā)電解液燃燒問題；第二，能量密度高，由于金屬鋰的超高容量，基于相同正極時(shí)，固態(tài)金屬鋰電池與常規(guī)液態(tài)鋰離子電池相比，能量密度可以得到大幅度提升；第三，正極材料選擇的范圍寬，因?yàn)樨?fù)極是鋰金屬，正極不含鋰都可以采用；第四，系統(tǒng)比能量高，由于電解質(zhì)無流動(dòng)性，可以方便地通過內(nèi)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?！?
不過，全固態(tài)鋰電池目前的主要技術(shù)難點(diǎn)也存在，歐陽明高介紹，第一個(gè)問題是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低；二是固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差；三是金屬鋰的可充性較差；四是制造成本偏高，制備工藝復(fù)雜，且固體電解質(zhì)較貴。
正是受制于以上問題，真正意義上的全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)并未成熟，且還存在技術(shù)不確定性。據(jù)歐陽明高介紹，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。
當(dāng)前，固態(tài)鋰電池的研究正在持續(xù)升溫，關(guān)于固態(tài)鋰電池技術(shù)的國外發(fā)展動(dòng)態(tài)是：美國、歐洲、日本、韓國都在投入，但各個(gè)國家發(fā)展?fàn)顟B(tài)則不太一樣。歐陽明高介紹：“美國以小公司、創(chuàng)業(yè)型公司為主，比如S-akit3、Solid—State這兩家公司，立足于顛覆性技術(shù)；日本以豐田為主，基本上是研究固態(tài)鋰離子電池，將在2022年實(shí)現(xiàn)商品化，所以在日本，并沒有顛覆性研究，大部分采用石墨類負(fù)極，并非金屬鋰負(fù)極；韓國也是采用石墨類負(fù)極，這跟日本的情況類似。”
當(dāng)然，作為前沿技術(shù)的固態(tài)電池技術(shù)，目前尚處不具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件。會(huì)上，歐陽明高教授還介紹了當(dāng)前國內(nèi)動(dòng)力電池的主要技術(shù)進(jìn)展。目前，計(jì)劃在2020年實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的300瓦時(shí)/公斤的電池，已取得了實(shí)質(zhì)性突破并接近應(yīng)用要求，現(xiàn)在正由寧德時(shí)代、天津力神、合肥國軒三家電池企業(yè)的團(tuán)隊(duì)承擔(dān)相關(guān)研發(fā)任務(wù)，以上三個(gè)團(tuán)隊(duì)基本上采用了大同小異的技術(shù)路線，即正極是高鎳三元，負(fù)極是硅碳。電池單體的能量密度方面，目前大約達(dá)到230瓦時(shí)/公斤左右，系統(tǒng)大約150瓦時(shí)/公斤。
對(duì)于未來，“節(jié)能與新能源汽車”重大項(xiàng)目總體專家組對(duì)動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢判斷做了一個(gè)預(yù)判（不作為國家電池技術(shù)路線圖的依據(jù)）。會(huì)上，歐陽明高教授展示了下表：
電池性能的提升、技術(shù)路線的選擇以及成本的下降，都是行業(yè)關(guān)心的焦點(diǎn)。以上表中，有幾個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)值得注意。
?比如，2020年，單體電池比能量要達(dá)到300 Wh/kg、比功率1000 Wh/kg，循環(huán)1000次以上，成本降至0.8元/ Wh。
?到2025年，正極材料方面會(huì)進(jìn)一步提升性能，比如采用富鋰錳基材料，屆時(shí)，單體電池比能量要達(dá)到400 Wh/kg、比功率1300 Wh/kg，循環(huán)2000次以上，成本降至0.6元/ Wh以內(nèi)。歐陽明高表示，那時(shí)候的一般性價(jià)比的純電動(dòng)轎車的合理里程為300—400公里。
?最后，到2030年，電解質(zhì)方面取得突破被寄予希望，也就是固態(tài)電池會(huì)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，歐陽明高表示，電池單體比能量有望沖擊500瓦時(shí)/公斤，與此同時(shí)，常規(guī)性價(jià)比車型的續(xù)駛里程將可以達(dá)到500公里以上。
