2017年5月16日-18日，由中國汽車技術研究中心(以下簡稱中汽中心)主辦，中汽中心汽車試驗研究所、汽車技術情報研究所、千人計劃(常州)新能源汽車研究院聯(lián)合承辦，常州市經(jīng)濟與信息化委員會、鐘樓區(qū)人民政府、常州市汽車行業(yè)協(xié)會合作協(xié)辦的“2017年第五屆國際電動汽車及關鍵部件測評研討會”在江蘇常州成功召開?？蛙嚲W(wǎng)作為大會重要合作媒體，全程報道大會各項內(nèi)容。

　　以下為中國科學院物理研究所研究員李泓大會演講部分實錄：

　　本次報告主要分為三個部分，首先對現(xiàn)有電池技術進行分析;然后是固態(tài)電池的研發(fā)實例，最后是動力電池的技術發(fā)展展望。

　　目前，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池已經(jīng)進入第三代。正極材料的電壓和容量不斷提高，負極逐漸轉(zhuǎn)向高容量硅基負極材料，電解液進一步功能化、高安全和高電壓化，陶瓷隔膜還在不斷發(fā)展中。在2016年國家新能源汽車重點專項中，企業(yè)申報的公開的研發(fā)方案可以看出，對于300 Wh/kg的鋰離子動力電池路線，選擇了高鎳正極和納米硅碳負極。從最近的進展看，電芯能量密度的實現(xiàn)沒有問題，關鍵是如何在此基礎上，兼顧電池安全性、循環(huán)性、倍率特性，滿足電動汽車實際要求。

　　對比中國政府在動力電池電芯方面的研發(fā)目標以及日本和美國的發(fā)展目標來看，2020年實現(xiàn)300Wh/kg的動力電池的制造技術,同時400-500Wh/kg的原型電池技術獲得驗證。高能量密度電池的開發(fā)，負極很有可能用到金屬鋰負極。在液態(tài)電解質(zhì)中，金屬鋰負極面臨的自發(fā)化學副反應、鋰枝晶生長、不穩(wěn)定的界面膜、體積變化較大等問題，依然難以同時解決。較多的研究團隊提出采用固體電解質(zhì)全部或部分替代液態(tài)電解質(zhì)，來解決使用或含有金屬鋰負極的電池面臨的主要技術挑戰(zhàn)。

　　日本NEDO早在2008年就制定了研發(fā)計劃，計劃在2030年實現(xiàn)固態(tài)電池的量產(chǎn)，包括固態(tài)金屬鋰、固態(tài)鋰硫和固態(tài)鋰空氣電池。固態(tài)電池從電解質(zhì)形態(tài)上分成三類，一個是純聚合物，比如聚環(huán)氧乙烷;一個是無機固體電解質(zhì)的氧化物或者硫化物;第三個是把聚合物和無機物復合在一起。這三種固體電解質(zhì)最難解決的問題在于：在鋰離子電池或者是將來的金屬鋰電池中，正極反復體積膨脹收縮后，與固體電解質(zhì)相的接觸會逐漸變差。對于固態(tài)電池來說，就是在循環(huán)過程中如何一直保持較低的電子和離子阻抗。如果沒有更好的辦法，這三類電解質(zhì)中也可以添加少量液體來解決循環(huán)過程中電接觸惡化的問題，這一類電解質(zhì)可以稱為混合固液電解質(zhì)，也就是說電芯中同時含有固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)。

　　在固體電解質(zhì)材料方面，國際上已經(jīng)開發(fā)了很多類，主要包括氧化物、硫化物、氫化物、鹵素、磷酸鹽薄膜和聚合物?，F(xiàn)在主流的電解質(zhì)材料有三種，首先是氧化物固體電解質(zhì)，采用無機陶瓷電解質(zhì)來替代液體電解質(zhì)，主要是解決正極側(cè)的填充接觸問題，可能需要非常復雜的表面包覆技術。對于硫化物電解質(zhì)，其離子電導率非常高，也需要解決正極側(cè)電阻變大的問題，同時解決制備、儲存、服役過程中化學穩(wěn)定性差和產(chǎn)生硫化氫的問題。對于薄膜電解質(zhì)，離子電導率雖然很低，但是通過薄膜化降低面電阻，也可以制備使用器件。但是做成大面積疊層的大容量電池還是很有挑戰(zhàn)。

　　目前，已經(jīng)實現(xiàn)商業(yè)化的大容量固態(tài)電池主要還是聚合物固態(tài)電池，就是聚環(huán)氧乙烷基固態(tài)電解質(zhì)，加拿大魁北克水電研究所報道的數(shù)據(jù)顯示，可以使用46微米厚的金屬鋰，30微米厚聚合物電解質(zhì)以及30微米厚的磷酸鐵鋰正極，1/3C下循環(huán)一千多次，工作溫度在60到85度，電池包需要有加熱保溫功能。

　　中國科學院在2013年11月布局了一個戰(zhàn)略先導項目，希望能基于納米技術，研究開發(fā)一些能夠?qū)嶋H應用的先進材料和電池技術，目標是300 Wh/kg，明年6月份所有的材料要進入到量產(chǎn)的階段。

　　在固態(tài)電池開發(fā)方面，5個團隊取得了進展?；瘜W所的郭玉國團隊開發(fā)了聚(醚-丙烯酸酯)的聚合物固體電解質(zhì)，耐受氧化電壓是4.5伏。
 

　　寧波材料所的許曉雄團隊，開發(fā)了氧化物、硫化物固體電解質(zhì)材料、陶瓷片、全固態(tài)電池。還開發(fā)了能在室溫循環(huán)，也能在80oC循環(huán)，能量密度在240-280Wh/kg的8-10Ah的混合固液鋰離子電池，該電芯通過了汽研中心的第三方安全性測試。

　　基于剛?cè)岵脑O計思想，青島生物能源所的崔光磊團隊開發(fā)了聚丙烯碳酸酯、纖維素、鋰鑭鋯氧復合的固體電解質(zhì)，研發(fā)的電池能量密度達到了300Wh/kg,并首次在馬里亞納海溝完成了深海測試。

　　上海硅酸鹽研究所的郭向欣團隊，開發(fā)了聚環(huán)氧乙烷、鋰鑭鋯氧復合的固體電解質(zhì)，并研制了2Ah級的固態(tài)鋰離子電池。

　　中國科學院物理研究所提出并驗證了原位固態(tài)化的設想，研制的10Ah軟包電芯能量密度達到310-390Wh/kg，體積能量密度達到了800-890Wh/L，該電池可以在室溫和90oC循環(huán)。

　　目前開發(fā)生產(chǎn)的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的軟包電芯中，一般液體電解質(zhì)重量百分比為20-25%，負極為碳、硅等。從長遠看，未來需要發(fā)展全固態(tài)金屬鋰電池，負極全部為鋰，但面臨很大的挑戰(zhàn)。在未來短期和中期，介于全固態(tài)和液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池之間的技術，如混合固液電解質(zhì)電池，可能會在提升能量密度的同時，兼顧安全性、倍率特性、循環(huán)性，首先實現(xiàn)商業(yè)化。

　　從開發(fā)混合固液電解質(zhì)電池和全固態(tài)金屬鋰電池產(chǎn)業(yè)來看，需要重點開發(fā)固體電解質(zhì)和金屬鋰材料，解決界面離子和電子傳輸，以及體積形變問題，多數(shù)設備可以通過采用現(xiàn)有鋰離子電池和一次金屬鋰電池產(chǎn)業(yè)的制造裝備來實現(xiàn)。此外，大規(guī)模生產(chǎn)金屬鋰電池的干燥房等生產(chǎn)環(huán)境控制技術也已經(jīng)掌握。盡管開發(fā)混合固液電解質(zhì)電池和全固態(tài)金屬鋰電池，還面臨很多科學與技術的挑戰(zhàn)，但這些方向同樣充滿了希望，歡迎各方有機會來合作，共同推動先進電池技術的發(fā)展，謝謝大家!                （以上內(nèi)容，已由客車網(wǎng)特別約請演講者本人審核確認）