日前，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高在新能源科學(xué)與交通電動(dòng)化國(guó)際論壇上，發(fā)表了題為“高比能電池安全研究與高性能新型電池開(kāi)發(fā)”的演講。
在演講中，歐陽(yáng)明高針對(duì)動(dòng)力電池的安全與未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了重點(diǎn)介紹，并對(duì)動(dòng)力電池技術(shù)的發(fā)展作出了三個(gè)節(jié)點(diǎn)判斷。
1、電池技術(shù)預(yù)計(jì)2030年會(huì)有一次全方位的革新
“電池技術(shù)的創(chuàng)新周期大約為30年，這一代鋰離子電池真正應(yīng)用是在2000年，我們預(yù)計(jì)2030年會(huì)有一次全方位的革新。”歐陽(yáng)明高表示。
歐陽(yáng)明高認(rèn)為，鋰離子電池用于動(dòng)力，第一個(gè)問(wèn)題就是安全，現(xiàn)在還在繼續(xù)解決。
具體來(lái)看，從2000年開(kāi)始的第一個(gè)十年，主要解決動(dòng)力化安全問(wèn)題。從2010年開(kāi)始，手機(jī)電池就開(kāi)始智能優(yōu)化，如今的動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)降本增效的主要途徑是用智能化手段推動(dòng)全動(dòng)力電池全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)革新。
至于第三個(gè)十年，歐陽(yáng)明高表示，“我們（團(tuán)隊(duì)）認(rèn)為是新材料的換代，也就是以固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)為核心的全固態(tài)電池，預(yù)計(jì)2030年才會(huì)成熟。”
2、智能安全電池在2025年左右會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化
不難看出，安全是動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展的永恒主題，只不過(guò)在每一個(gè)階段實(shí)現(xiàn)的方式有所側(cè)重。
歐陽(yáng)明高指出，“電池的安全問(wèn)題，從科學(xué)的角度來(lái)看是電池?zé)崾Э氐倪^(guò)程。”
基于此，歐陽(yáng)明高團(tuán)隊(duì)建立了相應(yīng)的電池安全技術(shù)體系，包括三個(gè)方面：第一是主動(dòng)安全應(yīng)對(duì)各種誘因，開(kāi)發(fā)產(chǎn)品為智能電池；第二是本征安全，主要是提高電池本身材料的熱穩(wěn)定性，防止熱失控的發(fā)生，并打造全固態(tài)電池；第三是被動(dòng)安全與安全電池，包括蔓延過(guò)程、防控設(shè)計(jì)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。
對(duì)于電池安全技術(shù)的發(fā)展，歐陽(yáng)明高的判斷之一為：智能安全電池在2025年左右會(huì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
3、預(yù)計(jì)在2027年到2030年之間，全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化
對(duì)于電池安全技術(shù)的發(fā)展，歐陽(yáng)明高的判斷為：全固態(tài)電池預(yù)計(jì)在2027年到2030年之間規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。
歐陽(yáng)明高介紹，其所在的研究團(tuán)隊(duì)“不做半固態(tài)電池，不做氧化物，只做硫化物、兼顧一定的氯化物。”
歐陽(yáng)明高表示，聚焦于硫化物全固態(tài)電池技術(shù)路線，團(tuán)隊(duì)目前在全固態(tài)電池在技術(shù)材料等方面已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。
全固態(tài)電池的電解質(zhì)隔膜方面，歐陽(yáng)明高表示，團(tuán)隊(duì)探索了卷對(duì)卷的干法電極等技術(shù)，研發(fā)了安時(shí)級(jí)的全固態(tài)電池，目前達(dá)到15Ah電池350瓦時(shí)/公斤，熱箱耐受溫度200度，工作區(qū)間是零下20度到120度，預(yù)計(jì)到2025年會(huì)達(dá)到500瓦時(shí)/公斤。
正極材料方面，歐陽(yáng)明高介紹，團(tuán)隊(duì)通過(guò)結(jié)構(gòu)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了Ni90高鎳正極跟硫化物復(fù)合電極下235 mAh/g的容量，1C下循環(huán)超過(guò)700圈，5C下循環(huán)超過(guò)5000圈。
歐陽(yáng)明高還表示，“我們制備硫化物全固態(tài)電池體系下的材料比容量超過(guò)了2400毫安時(shí)/克，首次庫(kù)倫效率超過(guò)了86%，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)千噸級(jí)的產(chǎn)業(yè)化。”
在全固態(tài)電池的實(shí)現(xiàn)路線方面，主要有聚合物、氧化物、硫化物三條技術(shù)路線，其中硫化物固體電解質(zhì)由于擁有最高的鋰離子電導(dǎo)率和良好的機(jī)械性能而成為最有潛力的技術(shù)方向之一。
當(dāng)前，中、日、韓以及歐美等國(guó)家及地區(qū)對(duì)于固態(tài)電池已有明確的指標(biāo)、期望及國(guó)家級(jí)的規(guī)劃。就近幾年在固態(tài)電池開(kāi)發(fā)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位的中、日、韓三國(guó)釋出的各種動(dòng)態(tài)與調(diào)整來(lái)看，與歐陽(yáng)明高團(tuán)隊(duì)的判斷基本一致，2027年至2030年將成為產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。
此外，值得指出的是，歐陽(yáng)明高在演講中提到，全固態(tài)電池尚存安全性問(wèn)題。“相較于鋰離子液態(tài)電池，全固態(tài)電池的熱失效邊界有了大幅提升，但仍不是絕對(duì)安全的。我們團(tuán)隊(duì)曾在國(guó)際上發(fā)表文章闡明全固態(tài)電池也有熱穩(wěn)定性問(wèn)題，也會(huì)釋氧，這是業(yè)內(nèi)第一次有人提出這個(gè)問(wèn)題。基于此，我們進(jìn)一步研究了熱失控的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)兩條失效路徑：一條是氣固反應(yīng)，一條是固固反應(yīng)。”
歐陽(yáng)明高分析稱(chēng)，“氣固反應(yīng)就是固體跟氧氣反應(yīng)，這跟鋰離子電池有點(diǎn)像，這條路徑我們認(rèn)為是有點(diǎn)危險(xiǎn)的。另外一條路徑是有某些硫化物固態(tài)電解質(zhì)，但還有一些硫化物固態(tài)電解質(zhì)的固固反應(yīng)，固固反應(yīng)的溫度會(huì)比較高，都在300攝氏度以上，這個(gè)我們就認(rèn)為還是可以的。”
