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人物〡陈立泉院士:解决续航/安全难题 发展固态电池成为趋势

 来源:本站原创 作者:佚名 发表日期:2018/1/6

 

高工导读:把发展动力电池作为一个长期战略,实现新能源车市场产销的可持续增长,中国动力电池赢得全球话语权的时间将不远矣。

新能源汽车快速发展有两个问题,一个是续航里程,一个是安全。

近期的问题我想说硅碳负极现在很多企业都在做,第一个专利是物理所申请的,这是全世界认可的,我们希望能够用上,所以我们从500毫克纳米硅,到500公斤去年用了17年的时间。

而从实验室的文章到产业化是有相当长的距离,我希望以后不要再出现17年的时间,希望能够架起一座桥梁,就是实验室和企业能够怎么样对接。

但是现在突然国家这么一个指标,一定要有三元材料,所以现在企业做原材料公司都宣称可以做三元材料,但是三元材料有问题,所以要完成这个指标也不是那么容易的事情,所以这是近期的一个工业。

除了近期的工作应该现在开始考虑中期和长期的,负极只能用金属,用金属锂电做负极,正极的话可以含锂,也可以不含。

那么另外锂硫电池肯定是目前也在考虑,那么下一步使用的话可能比较快一点,然后再下一个是锂空气电池,锂空气电池,金属锂做负极,固体电解质。

 
液体电解质电池,是我们大家都很熟悉了。能量300瓦时每公斤,但是超过500是不可能的。

为了解决这个安全性的问题,也是有很多办法,安全性跟容量有关系,容量越大,安全性越差。这个安全性的指标比较高,它的电压是2V,充电可以充到更高一点,那么电压越高,安全越差。

另外个改善安全性就是固态电池,它的电解质也两种,一种是聚合物,另外一种无机材料。特别是我要强调聚合物,现在有人说做成世界上第一个固态电池,它不是聚合物,它里面是含了液体的。

同时,要考虑锂硫电池,锂硫电池一个问题就是中间产物是多硫化物,由于穿梭效应达到金属锂负极使之失去活性。

解决方案是采用固体电解质,还有一个锂空气电池是开放体系,空气电池是开放的,开放的空气里头有水分,有二氧化碳,如果说是用液体电解质的话,吸到水肯定不行,如果二氧化碳马上形成碳酸锂,碳酸锂就沉淀,所以一定要用固态电解质。

博世公司2015年做了一个预判,能量密度是现有产品的两倍以上,成本更低,一辆用目前的电池只行驶100迈,用固体电池后可行驶200迈。丰田2020年要开始销售全固态电池的电动车,那么据说,充电时间可以减少,但是我一直没查到,它的电池体系,它计划2020年开始销售,现在应该已经开始在研究了。

那么固态电池用的固体电解质目前有两大类,一大类无机的,一类是高分子类的。

还有两种材料,一个是反钙钛矿,现在也建了一个团队,它的电导率比锂硫低。这有个问题,就是钛是要变色的。

所以有人说,这个材料在锂的固体电解质里面没法用,但是,这个材料并不排除可用。

那么目前还有一种是磷酸盐的材料,这是我们目前实验室正在研究的工作,所以这五类材料可以用的,应该说这五类材料里头有我们中国人的贡献,还是值得欣慰的一件事情。

聚物电解质有很重要的优点,机械强度、柔性,容易加工,特别是可以加工成薄膜,高分子材料PEO,锂盐,用的固体材料就是磷酸锂氯,混起来以后,做成这种薄状的东西,这个是实物,有柔性的,这是文献里头的工作。

如果用它来做个固体电池的话,是金属锂做负极,正极材料是用的磷酸铁锂,它包了碳。

这是国外几个工作,一个用薄膜做,这个是固体电解质是非晶态的,这是氧化硅、氧化锂,可以买得到的,这个是例子,循环已达三万多次,就是薄膜电池应该说是还是可以的。

博世公司收购的这家公司叫CEEO,它的电子样品是38瓦时的,每公斤是200瓦时,并不是很多,他的输出电压是3.42V,希望预计2017年能够做到每公斤300瓦时。

这是日本的第一个全固态电池,它是用钴酸锂做正极,硫化物做电解质,石墨做负极。这是韩国的,也是用的硫化物,负极也是石墨类。 法国的这款车的电池就是刚才说的用金属锂做负极,磷酸铁氯做负极的,电池Pack是100瓦时。

这是我们物理所做的一个固态电池的一个大体情况,我们的思路是尽量利用现有固体锂离子电池的设备、工艺来做固态锂电池,这是所用材料的情况,这是薄膜,这是它的能量密度,从310-390瓦时每公斤,到800-900wh/L,这是电池的情况。

这个是另一个研究所做的,他们做新能源材料,一种新的电解质PPC,能量密度可以做到每公斤250瓦时,五次穿针没有事故。它在海事上已经应用了,最近他们把它用到一个桩子做深海实验,深度超过7000米,其中6次超过10000米,所以我国是世界第二个国家能够做出在深海应用的固态电池,第一个大家都知道是日本。

所以这个工作好像在中央台也报道了,所以不详细讲了,我想今天的介绍情况就是这样,我希望,固态电池能够极大的改善安全性能量密度大大提高,支持固态电池研发和产业化,锂电池产业从跟跑到领跑,发展共享EV,促进EV推广应用。(文章来源:网易)

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