【电动汽车百人会】中科院宁波材料所许晓雄:高比能电池及安全性

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1月11-13日,中国电动汽车百人会论坛(2019)在北京钓鱼台国宾馆召开,中科院宁波材料技术与工程研究所研究员许晓雄发表了主题演讲,演讲内容如下:



中科院宁波材料技术与工程研究所研究员 许晓雄

大伙下午好!感谢组委会的邀请,给我你什儿 将会进行分享。谢谢吴老师的介绍。

我想给大伙介绍的是叫高比能电池及安全性、固态动力锂电池研发的因此 进展。我是来自于中科院宁波材料所的许晓雄,中科院通过与赣锋锂业合作者者,在浙江宁波成立了一个多浙江动力新能源科技,来推动动力电池的产业化。对现有的动力电池来说,问提报告 还是比较多,尤其是能量密度提高的问提报告 ,主要的问提报告 大伙认为是两点,一个多是随着能量密度的提高,尤其到三百瓦时每公斤、四百瓦时每公斤、五百瓦时每公斤,哪些地方地方都在为处置续驶里程提供了一个多思路。这也因此因此一个多对应关系,历程程的焦虑,通过能量密度的提升才能处置。因此另外又产生一个多问提报告 ,随着能量密度的提高,安全问提报告 凸显,安全的焦虑,这是第三个小大的问提报告 。17年、18年,大伙认为纯电动汽车推进比较成功的特斯拉是陆续发生了多起的比较严重的安全事故。这是安全的一个多焦虑。

在处置能量密度问提报告 上,现在传统的锂离子电池主因此通过材料的优化,包括正极的高镍,乃至刚才因此 老师介绍的富锂,硅碳的复合材料体系,通过隔膜上因此 思路,包括材料的搀杂、电解液的改性,以及自身工艺的优化,还有等等因此 因此 方面。通过因此因此 思路,现在才能实现电芯单体三百瓦时每公斤的现状,软包电池,因此整个电池大伙公开的数据来讲,三百瓦时每公斤的电池安全性应该是没办法 得到完整篇 处置。虽然能量密度处置了,安全问提报告 又凸显了。  

为什么会么会处置安全的问提报告 ?现在因此 思路对传统的锂电池,主要通过电解液的打上去,隔膜涂附的优化、正极材料的因此 思路。大伙认为要真正处置安全问提报告 句子,将会并都在的思路还是通过实现全固态电化学储能器件因此一个多思路。这是大伙为哪些地方要做固态电池没三个小多动力,通过电池构件的优化,大伙发现高安全、高能量密度的固态电池技术有将会形成未来电池以及储能电池一个多重要的发展趋势。因此我发现这两年好像对固态电池又有点痛 妖魔化,大伙认为固态电池它虽然都在一个多技术上完整篇 的革新,它也因此现有锂离子传统电池一个多技术路径的延伸。通过对现有的隔膜将会电解液,通过一个多才能传导锂离子固态电解质材料的取代,以实现电池形状的变化。在正极将会负极材料上,跟现有的锂离子电池还是有比较多的兼容性。共同大伙工作原理几乎是完整篇 一致的,什么都大伙认为它因此在技术路线上说,为了处置现有高比能电池的因此 问提报告 ,而延伸出来的一个多路线。

现在大伙梳理下来,在全世界范围内,大伙认为尤其像美国因此 初创公司,因此作为引领,像日本的丰田公司以及现有的韩国三星,大伙将会起到了一个多引领的作用。前两年大伙比较火的像美国的企业,前些年做的还是不错的。因此现在很可惜的,像博世收购了Sell(音)事先 ,现在要出售因此一个多企业,因此收购了S-akit3事先 ,也放弃了因此一个多路线。大伙中国前期主要以科研院所,包括因此 大学在推进你什儿 技术的研发。在企业方面,现在主要包括像北京蔚来是跟物理所合作者者,赣锋锂业主要跟宁波材料所合作者者,像因此 企业,台湾(硅能、氢淘 音)进行因此 投入,引起广泛的关注,这是大伙了解到的因此 信息,公开的因此 信息。

大伙都在讲固态电池没三个小多思路,说固态电池是安全的,实际上固态电池到底有多安全将会为什么会么会一个多安全法?现在没三个小多系统的报道。,大伙采集了因此 情况表,做了因此 工作。首先在日本大伙做了固态电池的测试,通过因此 极限的测试,比如在火上进行烧将会进行加热句子,发现它相对是要比传统的锂离子电池安全因此 。共同,大伙因此在宁波材料所做了因此 全固态电池的器件,对它进行一系列的测试,在早期,包括它的弯折,火可否 够加热,都能体现出一定的安全形状。因此也都在所有的安全,大伙也做过因此 全固态电池,比如硫化物,它在因此 工况条件下也是不安全的,烧起来也是比较厉害。

大伙通过和赣锋锂业的合作者者,固态电池产业化事先 ,大伙做出半固态电池将会叫固液混合的电池,通过现有的锂离子电池系统的测试,包括各种像针刺、挤压、过充、过放、加热、存储等等,通过与天津的汽车技术研究中心的合作者者,共同做了因此 测试。发现它的安全性相对现有的相同体系的传统锂离子电池,它的安全形状有一定的提升。因此也在因此 极限条件下,也会发生因此 失控情况表的。通过哪些地方地方数据,大伙才能得到一个多初步的结论,通过固态化没三个小多技术路线,是才能处置将会帕累托图处置现有的高比能动力电池安全问提报告 。这是我因此 人的看法,供大伙参考。

接下来,我讲一下整个全固态电池将会固液混合的路线,发展的历程。全固态电池很早就经常出现了,上世纪70年代,它是作为一个多薄膜电池,应用于特殊领域,包括微电子器械将会航空航天哪些地方地方小型器件。作为薄膜器件,将会实现商品化了,尤其一个多成功的应用案例在心脏起搏器上的应用,因此美国、日本现在都在投入比较大的精力在进行发展。再一个多因此刚才讲的S-akit3没三个小多企业,是把面积扩大因此一个多思路,因此也实现了因此 形状,尤其像体积能量密度的提升。因此后面 要做到一个多很大的单体容量,还是因此 难度,什么都用在电力上将会是有因此 限制。

第三个小,因此在丰田你什儿 块,大伙现在了解下来,它确虽然实投入了近20多年的研发,集聚了整个日本国内的支持,在这块确虽然做。因此大伙反映下来,尤其在规模的量化制备上还是遇到比较多的瓶颈,近两年的进展稍微少因此 。

大伙国内科技部老早就将会有因此的布局,其虽然国家战略设计上,大伙和国外相比是不落后的。因此大伙因此 方背后期将会因此 锂离子电池的技术进展比较大,大伙的投入比较多,不同阶段,大伙关注点不一样。

近两年,大伙认为将会在基于硫化物将会刚才跟丰田的技术路线比较接近的路线上,三星是投入比较大的,因此这两年进展是比较突出的。今年三星所表态的最新数据反映,基于硫化物乙炔气体体电池的全固态锂电池,它们的体积能量密度能做到921瓦时每升,重量能量密度才能做到427瓦时每公斤,你什儿 在技术指标上还是体现出了基于金属锂为负极,硫化物为乙炔气体体电解质没三个小多技术路线技术指标上的优势。因此三星是集聚整个公司比较大的财力,现在对世界范围内相关的全固态电池的标的都进行了投资、入股、技术跟踪,你什儿 块大伙相信大伙的定位还是比较明确的,对这块技术他是比较认可,因此进展虽然比较快。

对欧洲来说,在全固态电池上一个多多成功实现商业化的案例,法国的奥托利公司做的你什儿 车现有保有量达到了将近四千辆,他用磷酸铁锂为正极,金属锂为负极,用有机的POG为电解质。但你什儿 电池一个多多比较大的问提报告 ,未来的能量密度提升还是有一定瓶颈,将会它整个正极非要磷酸铁锂,将会非要导入新的正极,未来整个发展将会还是受限的。因此它至少验证了,以金属锂为负极,整个全固态电池才能超过两千次的循环,因此一个多数据大伙也是清楚都看了。

这是我介绍的整个全固态电池现在世界范围内整个的进展,大伙所采集到的因此 不太全面的数据,供大伙参考。

接下来介绍,首先给大伙介绍你什儿 概念,全固态电池大伙认为它是一个多在概念上来说,是整个电池不光是构件,在工况条件下,工作条件下,也是一个多固态情况表的电池体系。大伙结合因此一个多形状,大伙认为现有的动力电池将会锂离子电池以电解质的特点来区分,简单来说分为并都在。一个多是传统的液态锂离子电池,第二是混合固液电解质的锂电池,包括像半固态、准固态,我不懂哪些地方叫类固态,还有全固态,全固态后面 负极可否 用金属锂,可否 用碳将会硅碳。就我因此 人来说,凝胶电解质没三个小多情况表和固态是没办法 关系的,你什儿 观点供大伙参考一下。

基于因此一个多划分,大伙接下来想跟大伙分享的因此围绕什儿 个技术,包括固液混合,包括全固态的因此 结果分享一下。整个历程,固态电池将会全固态电池虽然是一个多技术路线的拓展,因此就大伙整个团队来说,大伙虽然还是比较难的。大伙走了将近16年的历程,包括大伙开使阶段的固态电解质,到跟日本丰田的合作者者,做不同电解质体系,以至于到我回国建立中科院宁波材料所固态电池团队,到现阶段大伙和赣锋的合作者者,哪些地方地方年大伙在氧氧化物电解质百万级的产线实现上,要做固态电池,首不难 做电解质,以至于固态隔膜的实现,整个发展跟传统电池是因此 不一样的,它的隔膜非要用传统的隔膜。因此再到产业化,以至于到电池体系的实现,是一步一步走过来的,还是经历了一个多比较漫长的过程。

大伙近些年的进展稍微快因此 ,得益于早期在宁波材料所比较好的一个多基础,这也是国家项目的支持,是因此一个多情况表。近两年赣锋锂业在你什儿 块投资将近一个多亿来进行整个工程化的推进。大伙做的过程也是从最新的全固态开使做起的,比如用固态的隔膜,用金属锂为负极,用不同的正极来做,大伙实现全固态电池,比如一千次的循环,容量能保持98%,共同实现了高电压的正极,比如磷酸锰铁锂、三元等等都可否 做,因此安全性都在很好的,大伙也做了什么都安全,针刺把它刺过去装进那儿,电压变了事先 ,再拔出来,再看恢复因此因此 过程。因此整个电池它的缺点,它的能量密度比较低的。主要的由于在于大伙整个全固态电池能量密度,即使用了金属锂为负极,也非要达到120瓦时每公斤,根本没办法 应用于动力。主要的由于在于大伙整个全固态电池的隔膜太厚,要达到50微米,因此它是致密的膜,它的重量比较大。我想提高全固态电池的能量密度,一个多最重要的方向因此把隔膜减薄,大伙的目标是做到25微米,跟现有的动力电池隔膜深度才能兼容。

没办法 问提报告 就来了,你从50微米到最后的25微米是才能做出来。但有你在身边的整个对固态电解质来说,它的电导率都在由体相来决定的,大伙因此一个多变化事先 ,会由于隔膜导电率降了一个多数量级,我将会直接用,可否 实现全固态电池,它整个极化和能量密度的发挥和正极能量发挥还是受比较大限制的。为了降低整个极化,实现未来整个自动化的制造,大伙要一个多固液没三个小多思路来实现它。大伙的工作也初步验证了你什儿 点,虽然是有效的。这因此大伙从全固态走到了混合固液没三个小多发展的过程,是不得已而为之的情况表。因此也与否一个多意外的收获,通过因此一个多实现事先 ,大伙终于才能实现批次比较稳定的,单体容量比较一致性将会高效的,因此与现有的软包碟片技术路线整个自动化制备因此一个多工艺流程才能实现50%以上的兼容性因此一个多过程的情况表,什么都大伙现在做出来的早期以三元为正极,碳为负极的材料路线的选泽,因此一个多混合固液,大伙小容量1一个多安时,以及大容量40个安时,因此一个多能量密度,都才能实现功率达到240瓦时每公斤,容量才能250瓦时每公斤没三个小多情况表。你什儿 数据让我不跟大伙来分享了,刚才在前面将会讲过了。

循环下来,整个循环性能还是不错的,才能与现有的传统锂离子电池进行一个多媲美。大伙在产业化推进后面 ,大伙因此希望做到电芯没三个小多过程,电芯做好事先 ,后一期现有什么都产业链,因此你再做跟软包相关的因此 产业链上的,都才能跟大伙兼容将会才能完整篇 把技术导入因此因此 思路,存储以及到车上的应用。这是大伙在固液混合后面 做的因此 工作,当然现在积极跟相关的因此 主机厂进行对接。

大伙在下一代技术上,大伙在积极推进。时间关系,不跟大伙讲的有点痛 完整篇 。大伙在大容量全固态锂离子电池上开发句子,也是基于大伙因此 人做出来因此一个多硫化物无机跟有机的复合隔膜,实现了用金属锂为负极,可否 用三元523将会628为正极的全固态电池的研发,大伙两安时的设计,能实现接近2.2安时的放电容量,大伙现在测算才能达到350瓦时每公斤,大伙定位为350瓦时每公斤。现在你什儿 电池才能实现50多次的循环,后期大伙主要还是在推进因此 系列的测试,它的安全性能为什么会么会样,实现机制在哪里,它的循环性能进一步提升,在推进因此 工作。当然大伙也希望跟国内相关的像艾老师,武汉大学,像因此 因此 团队的合作者者。

最后讲几点我因此 人的观点:

第一,基于氧化物固态隔膜的混合固液电解质锂电池可否 兼顾较高能量密度的安全形状,现在将会具备了产业化的基础,因此你什儿 技术在国内什么都专利还都在国内的自主知识产权。因此其规模化的推广还是时需国家政策的支持。

另外,发展全固态电池金属锂为负极句子,有机无机复合的固态柔性膜应该是一个多比较核心的材料,因此无机硫化物电解质在你什儿 块应该一个多多比较好的应用。

共同,大伙认为未来金属锂的应用,将会大伙都在要追求极限的能量密度,要追求能量密度较高,四百左右,因此寿命比较长句子,将会金属锂负极是都在走因此一个多锂基复合,像硅和碳的复合思路,你什儿 块大伙也在跟因此 科研院所合作者者。大伙认为你什儿 组合有将会实现全固态电池器件高能量密度和长循环寿命。因此对全固态电池来讲,大伙认为整个电池规模化制备装备是亟待突破的,国内在你什儿 块还是有所过低的,你什儿 块我相信对什么都设备企业是一个多机遇。

最后,谢谢大伙的关注。谢谢大伙!

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