中國科學(xué)院物理研究所俞會根：儲能型固態(tài)鋰電池商業(yè)化需突破的技術(shù)瓶頸分析

2018-04-02 11:34:26 北極星儲能網(wǎng) 　點擊量：評論 (0)

為助力中國儲能企業(yè)與國際接軌，同時致力于推動中國儲能產(chǎn)業(yè)機(jī)制的建立，實現(xiàn)儲能技術(shù)商業(yè)化，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟舉辦的儲能國際峰會暨

為助力中國儲能企業(yè)與國際接軌，同時致力于推動中國儲能產(chǎn)業(yè)機(jī)制的建立，實現(xiàn)儲能技術(shù)商業(yè)化，中關(guān)村儲能產(chǎn)業(yè)技術(shù)聯(lián)盟舉辦的“儲能國際峰會暨展覽會2018(ESIE 2018)”于2018年4月2-4日在北京國家會議中心舉行。中國科學(xué)院物理研究所俞會根發(fā)表題為《固態(tài)鋰離子電池前沿技術(shù)最新進(jìn)展》的演講，速記內(nèi)容如下：

各位專家各位領(lǐng)導(dǎo)早上好。

儲能技術(shù)的能源革命的關(guān)鍵，儲能技術(shù)將是關(guān)鍵的支撐技術(shù)，目前來看，涉及到移動、智能、這幾個領(lǐng)域?qū)l(fā)生比較大的變化。

從整個電網(wǎng)儲能的角度來看，這里頭包括峰谷電的調(diào)節(jié)，包括短的兩分鐘以內(nèi)的，中的兩分鐘到一小時，長的以后是超過一個小時以上的儲能。大家可以看以下主要現(xiàn)在的儲能技術(shù)，包括第一個是物理儲能，第二個和平儲能，物理儲能就是剛才邱老師講了很多，這些都是屬于物理儲能，像和平儲能，液態(tài)鋰離子，鉛酸、鈉離子這塊都可以歸納電能儲能。液態(tài)金屬電池專項和動力電池T40的專項，這是今年2018年基于國家的課題，2017年和2016年分別有相關(guān)專項的設(shè)置，國家對于儲能一直大力的推進(jìn)。

影響儲能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用其他因素有哪些呢?我們分成12點，總結(jié)以下，主要包括一個是采購成本，一個鍍電成本，安壽命、安全性、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、客戶體驗。2030年新能源汽車，發(fā)電裝機(jī)與電動汽車的儲能規(guī)模從這兩張表里頭可以看到，這個是風(fēng)峰電和低電，我們希望電動汽車在半白天的時候，我們可以協(xié)同形成一個協(xié)同發(fā)展的路線圖，電動汽車白天我們可以使用，晚上我們可以用來充電，在這個調(diào)條件下我們可以實現(xiàn)有序的充電，對于汽車我來說我們希望作成智能化，從汽車上下來的電池，我們還可以進(jìn)入梯次利用，在這個過程當(dāng)中，我們的汽車要職進(jìn)行智能充電。我們形成協(xié)同發(fā)展的思路。

這里頭可以想想我們?yōu)槭裁窗l(fā)展動態(tài)電池，我們需要對電池的發(fā)展進(jìn)行基于固態(tài)電池的開發(fā)，鋰離子電池?zé)釙r空有哪些特征呢?我們大概有外部因素的總結(jié)和內(nèi)部因素的考慮，最終發(fā)生產(chǎn)熱的速率超過了散熱，導(dǎo)致電芯泄露、冒煙，以及爆炸等等情況。所以特征反應(yīng)是溫度，升溫的速率，采氣的速率，內(nèi)部壓力的變化。

不同溫度下液體電解質(zhì)鋰離子電池?zé)嵝袨槲覀冞M(jìn)行了分析。鋰離子電池電芯安全性改善的策略，從集合體，到負(fù)極側(cè)，到隔膜，到正極，以及相關(guān)的正極結(jié)合體，我們做了相關(guān)策略，從目前來看還是有不少改進(jìn)的可能性。但是對于高低壓鎳錳酸的安全性，我們認(rèn)為在現(xiàn)有的條件下，可能還是需要做一些工作。

力圖從本質(zhì)上解決液態(tài)電池電解質(zhì)鋰離子電池的安全性短版的技術(shù)發(fā)展路徑，技術(shù)思路，堅固高能量和高安全策略的固態(tài)電池，希望固態(tài)電池能解決的問題，主要是幾個方面，一個是SEI膜的問題，鋁鉑腐蝕的問題，游離過渡金屬等等雜質(zhì)的問題。電解質(zhì)的電池進(jìn)行分類，液液態(tài)的電池，全固態(tài)的電池，固態(tài)電池被概念賦予了很多的期望。綜合性能指標(biāo)及安全性是否優(yōu)越，從目前來看固態(tài)電池通過數(shù)據(jù)進(jìn)行說話。如果我們把液態(tài)電池單純用固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行替代的話，液態(tài)電池有非常好的界面接觸的情況，固態(tài)電池相對來說比較困難，從其他的幾個方面來說固態(tài)電池有一定的優(yōu)勢。

世界范圍內(nèi)針對固態(tài)電池的公司，北美地區(qū)有針對PEO的聚合物的電池，日本這邊主要是以硫化物為主，目前到現(xiàn)在為止，目前還沒有企業(yè)艱巨高能能量密度，高安全性的大容量的鋰離子電池。這是固態(tài)電池按電解質(zhì)分類分成之中，聚合物的，包薄薄膜的，他們分別由不同的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)相關(guān)推進(jìn)，目前來看，不同的電解質(zhì)它有優(yōu)點，有缺點。全固態(tài)鋰離子電池及固態(tài)金屬鋰電池的種類，目前我按含鋰和不含鋰，如果我的負(fù)極要是含鋰的負(fù)極，對電解質(zhì)來說的話我不可以用，但是對于負(fù)極來說，我選擇的范圍更大。對于固態(tài)電池我們簡單的總結(jié)只有安全性能，能量密度，循環(huán)壽命顯著提高，成本及工藝特性接近于甚至優(yōu)于液態(tài)電池的時候，全固態(tài)電池的技術(shù)才有競爭力。從這張圖上大家可以看到，固態(tài)電解質(zhì)LLZO密度是5.07，只有基于高分子的PEO和TFI有0.93，如果單純把液態(tài)電池，電解液換成固態(tài)電解質(zhì)，大家可以看，液態(tài)電池容量密度可以做到297，但是如果單純的替換固態(tài)電解質(zhì)的華，能量密度只有基于PEO的可以高于液態(tài)電池，其他的都要低的。

從大家這張圖上可以看到，空心的是鋰離子電池，紅的是體積比能量，藍(lán)的實的是重量比能量，還是非常有挑戰(zhàn)性的。這是國內(nèi)目前做固態(tài)電池的企業(yè)和單位。國外有Kanno教授已經(jīng)堅持了37年，這個是針對電電解質(zhì)從不同的維度我們進(jìn)行了評價。這里頭有氧化物，有聚合物，有硫化物的。全固態(tài)鋰離子電池目前主要的瓶頸在哪里呢?所有的問題有可能在三年之內(nèi)找到解決方案，8年之內(nèi)實現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的可能性。這個是寧波材料所徐曉青團(tuán)隊作的基于固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池，他們目前在國內(nèi)做的比較好的團(tuán)隊，這是白院長當(dāng)時參觀，這是他們初步的推進(jìn)計劃，這是青島能源所，他們剛?cè)岵舻碾娊赓|(zhì)在固態(tài)電池這一塊也作的非常好。中科院鼓物理所做了40年了，從研發(fā)經(jīng)歷角度看，這是中科院物理所基于混合固液電解質(zhì)的技術(shù)，這是我們基于混合固液膜的土涂布的技術(shù)。這是全固態(tài)鋰離子電池，這是我們衛(wèi)藍(lán)公司，是物理所技術(shù)輸出的公司，這是我們的涂層隔膜，在PP，PE上如果涂量氧化鋁的河就是現(xiàn)在的涂層隔膜。但是現(xiàn)在的PP上畢竟他不是離子導(dǎo)電的材料。這個是固態(tài)電解質(zhì)報包覆的正極材料技術(shù)。這是耐高溫金屬鋰負(fù)極電解質(zhì)解決方案，通過改進(jìn)1號和2號比不處理的要好的多，在80度的條件下進(jìn)行循環(huán)。這是全固態(tài)鋰電池，這是開發(fā)進(jìn)展。這是我們利用材料基因組方法設(shè)計新型電解質(zhì)的材料，這個材料目前來看還是屬于比較前瞻的，可以同時提高穩(wěn)定性和離子電導(dǎo)率。這是預(yù)測的一個含鋰氧硫化物的電解質(zhì)材料。中科院武力所大數(shù)據(jù)技術(shù)幫助力新材料的研發(fā)，在這塊做的挺好，我們專門有一個專業(yè)的團(tuán)隊做這個工作。這是我們的研發(fā)思路。

最后看一下儲能固態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化的路徑，固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化路徑，從原材料，到電池材料，到固態(tài)電池到電池應(yīng)用到回收，統(tǒng)籌考慮，紅色字體表示可能與液態(tài)電池存在差異的地方。固態(tài)電池解決方案還是比較多的，也是從集流體到材料到界面等等。未來目前同步開發(fā)進(jìn)行原位固態(tài)化固態(tài)電池的研究。

動力電池制造的目標(biāo)，我們希望從一開始就導(dǎo)入精益制造智能制造，從而達(dá)到我們降低成本的目的。這是研發(fā)團(tuán)隊，還是要感謝物理所，謝謝大家!

以上發(fā)言未經(jīng)嘉賓審核發(fā)布。

責(zé)任編輯：lixin

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