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全固态电池潜力巨大,可以达到500Wh/kg

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国汽车报网 发布时间:2016-02-10 浏览:
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中国储能网讯:如何提高电池的能量密度又保证电池的安全性能,在“中国电动汽车百人会论坛2016”上引发诸多与会嘉宾的热议。中国汽车工业协会常务副会长董扬表示,要尽快开展锂电池提升工程,研发出单体能量密度350Wh/kg、系统能量密度250Wh/kg的电池。如何把动力电池的单体能量密度提升至300Wh/kg乃至更高同时不牺牲安全性,从目前的研究成果看,液态电解质锂离子电池有些力不从心。中国工程院院士陈立泉表示,全固态电池潜力巨大,可以达到500Wh/kg,有望成为新一代锂电池。

■电池能量密度与安全性是矛盾体

提高电池能量密度的意义不言而喻,以北汽新能源EV200百公里能耗14KWh为例,如果单体电池能量密度达到300Wh/kg,一次充电续驶里程可以达到470公里,基本解决消费者里程焦虑的困扰。另外,电池的安全性又关乎新能源汽车产业可持续健康发展。工信部最近决定,鉴于三元材料锂电池的安全性验证不足,暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。

“以六氟磷酸锂为电解质的锂离子电池的能量密度和安全性是一个此消彼长的关系,很难做到两者同时大幅提高。”中国电子科技集团第十八研究所电池首席专家肖成伟告诉记者。一位不愿透露姓名的电池厂商高管告诉记者,整车企业在选择电池类型的时候,往往采用权衡取舍的方法。乘用车采用能力密度更高的三元材料电池体系,商用车如大客车则采用安全性能更有保证的磷酸铁锂电池体系。

这位业内人士向记者透露,目前三元材料锂电池单体还不能通过针刺试验。以圆柱型三元锂电池为例,从任何方向进行针刺试验,都会产生剧烈爆炸。如果电池单体成组,针刺实验会引发连锁爆炸。“磷酸铁锂电池的安全性能相比三元锂电池要好很多,针刺、挤压、高空掉落试验,绝大多数只是冒烟,只有极少数情况起火。”

 

■固态电池或为技术方向

在两相矛盾的窘境之下,下一代动力电池如何研发,很多与会嘉宾思考了这个问题,陈立泉提出了自己的看法。他认为,电池的关键在于成本、能量密度和安全性。当前,将液态电解质锂离子电池的能量密度提升至300~350Wh/kg,然后进一步提高电池能量密度到500Wh/kg。达到与燃油车相当的水平,只有全固态电池可以胜任,应该尽快启动全固态电池的研发产业化工作。

陈立泉表示,有三方面因素促使国内研发全固态电池。首先,国内电池整体水平至少落后日韩等国1~2年,继续遵循日韩电池体系的研发路径,只能越落越远,没有超越的机会;第二,全固态电池采用固体电解质,不会出现液态电解质遇到高温分解氧气的情况,没有着火爆炸的危险;第三,全固态电池和目前电池技术体系相吻合,避免产业投资重复和失败。陈立泉提出,采用材料基因组的方法,加快固态电池的研发速度,争取尽快实现固态电池产业化。

全国政协常委、科技部电动汽车重大项目总体专家组组长、中国电动汽车百人会执行副理事长、清华大学教授欧阳明高表示,全固态电池是未来的发展方向之一,这种电池具备高能量密度和比较好的安全性,实现产业化还需要过程。中国汽车工程学会电动汽车分会主任陈全世同意欧阳明高的观点。他认为,目前电池体系种类繁多,固态电池是其中之一,有一定的优势。

■应用前景广阔

全固态电池的电解质为固态,在使用固态电解质后,锂离子电池的适用材料体系随之发生改变。“重要的一点是可以不再使用嵌锂的石墨负极,而是直接使用金属锂来做负极。”北京理工大学教授吴锋说,这样可以明显减轻负极材料的用量,使得整个电池的能量密度显著提高。

在传统锂离子电池中,需要使用隔膜和电解液,据计算,两者占据电池近四成体积和1/4的重量。如果用固态电解质取代,正负极之间的距离可以缩短到只有几到十几个微米,电池的厚度就能大大地降低。电池单体体积的减小,可以使单位体积内放置更多的电池单体,达到增加续驶里程的目的。

“如果现在还不加快布局全固态锂电池,将会错失发展时机。”陈立泉强调,现在新闻经常报道国外锂硫、锂空电池的研究进展,但其产业化难度更高。“固态锂空电池可能是电化学储能的终极选择,如果业内将全固态锂电池问题攻克了,再去做锂硫、锂空电池,相关技术难题会迎刃而解。”陈立泉最后说。

关键字:全固态电池

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