【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

亲戚亲戚大伙下午好!感谢组委会的邀请,给我本身可能性进行分享。谢谢吴老师的介绍。

我想要要给亲戚亲戚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其他进展。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方式方式,在浙江宁波成立了有有十哪几个 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,问题 还是比较多,尤其是能量密度提高的问题 ,主要的问题 亲戚亲戚大伙认为是两点,有有十哪几个 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,那先 一定会为防止续驶里程提供了有有十哪几个 思路。这也其他 那么 有有十哪几个 对应关系,历程程的焦虑,通过能量密度的提升才能防止。可是另外又产生有有十哪几个 问题 ,随着能量密度的提高,安全问题 凸显,安全的焦虑,这是第五个大的问题 。17年、18年,亲戚亲戚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。这是安全的有有十哪几个 焦虑。

在防止能量密度问题 上,现在传统的锂离子电池主其他 通过材料的优化,包括正极的高镍,乃至刚才其他老师介绍的富锂,硅碳的复合材料体系,通过隔膜上其他思路,包括材料的搀杂、电解液的改性,以及自身工艺的优化,还有等等其他其他方面。通过那么 其他思路,现在才能实现电芯单体三百瓦时每公斤的现状,软包电池,可是整个电池亲戚亲戚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那么得到删剪防止。确实能量密度防止了,安全问题 又凸显了。  

为什防止安全的问题 ?现在其他思路对传统的锂电池,主要通过电解液的添加,隔膜涂附的优化、正极材料的其他思路。亲戚亲戚大伙认为要真正防止安全问题 的话,可能性本身的思路还是通过实现全固态电化学储能器件那么 有有十哪几个 思路。这是亲戚亲戚大伙为那先 要做固态电池那么有有十哪几个 动力,通过电池构件的优化,亲戚亲戚大伙发现高安全、高能量密度的固态电池技术有可能性形成未来电池以及储能电池有有十哪几个 重要的发展趋势。为什我想要发现这两年好像对固态电池又有点痛 妖魔化,亲戚亲戚大伙认为固态电池它确实一定会有有十哪几个 技术上删剪的革新,它也其他 现有锂离子传统电池有有十哪几个 技术路径的延伸。通过对现有的隔膜可能性电解液,通过有有十哪几个 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。在正极可能性负极材料上,跟现有的锂离子电池还是有比较多的兼容性。一同亲戚大伙工作原理几乎是删剪一致的,其他亲戚亲戚大伙认为它其他 在技术路线上说,为了防止现有高比能电池的其他问题 ,而延伸出来的有有十哪几个 路线。

现在亲戚亲戚大伙梳理下来,在全世界范围内,亲戚亲戚大伙认为尤其像美国其他初创公司,可是作为引领,像日本的丰田公司以及现有的韩国三星,亲戚大伙可能性起到了有有十哪几个 引领的作用。前两年亲戚亲戚大伙比较火的像美国的企业,前些年做的还是不错的。可是现在很可惜的,像博世收购了Sell(音)后要,现在要出售那么 有有十哪几个 企业,可是收购了S-akit3后要,也放弃了那么 有有十哪几个 路线。亲戚亲戚大伙中国前期主要以科研院所,包括其他大学在推进本身技术的研发。在企业方面,现在主要包括像北京蔚来是跟物理所合作方式方式,赣锋锂业主要跟宁波材料所合作方式方式,像其他企业,台湾(硅能、氢淘 音)进行其他投入,引起广泛的关注,这是亲戚亲戚大伙了解到的其他信息,公开的其他信息。

亲戚亲戚大伙一定会讲固态电池那么有有十哪几个 思路,说固态电池是安全的,实际上固态电池到底有多安全可能性为什有有十哪几个 安全法?现在那么有十哪几个 系统的报道。,亲戚亲戚大伙派发了其他情况报告,做了其他工作。首先在日本亲戚大伙做了固态电池的测试,通过其他极限的测试,比如在火上进行烧可能性进行加热的话,发现它相对是要比传统的锂离子电池安全其他。一同,亲戚亲戚大伙那么 在宁波材料所做了其他全固态电池的器件,对它进行一系列的测试,在早期,包括它的弯折,火能不助于加热,都能体现出一定的安全形状。可是也一定会所有的安全,亲戚亲戚大伙也做过其他全固态电池,比如硫化物,它在其他工况条件下也是不安全的,烧起来也是比较厉害。

亲戚亲戚大伙通过和赣锋锂业的合作方式方式,固态电池产业化后要,亲戚亲戚大伙做出半固态电池可能性叫固液混合的电池,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方式方式,一同做了其他测试。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。可是也在其他极限条件下,也会发生其他失控情况报告的。通过那先 数据,亲戚亲戚大伙才能得到有有十哪几个 初步的结论,通过固态化那么有有十哪几个 技术路线,是才能防止可能性每段防止现有的高比能动力电池安全问题 。这是我我人个 的看法,供亲戚亲戚大伙参考。

接下来,我讲一下整个全固态电池可能性固液混合的路线,发展的历程。全固态电池很早就冒出了,上世纪70年代,它是作为有有十哪几个 薄膜电池,应用于特殊领域,包括微电子器械可能性航空航天那先 小型器件。作为薄膜器件,可能性实现商品化了,尤其有有十哪几个 成功的应用案例在心脏起搏器上的应用,可是美国、日本现在一定会投入比较大的精力在进行发展。再有有十哪几个 其他 我刚才讲的S-akit3那么有有十哪几个 企业,是把面积扩大那么 有有十哪几个 思路,可是也实现了其他形状,尤其像体积能量密度的提升。可是上面要做到有有十哪几个 很大的单体容量,还是其他难度,其他用在电力上可能性是有其他限制。

第五个,其他 在丰田本身块,亲戚亲戚大伙现在了解下来,它确确实实投入了近20多年的研发,集聚了整个日本国内的支持,在这块确确实做。可是亲戚大伙反映下来,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其他。

亲戚亲戚大伙国内科技部老早就可能性有那么 的布局,其确实国家战略设计上,亲戚亲戚大伙和国外相比是不落后的。其他 亲戚亲戚大伙其他方肩上期可能性其他锂离子电池的技术进展比较大,亲戚亲戚大伙的投入比较多,不同阶段,亲戚亲戚大伙关注点不一样。

近两年,亲戚亲戚大伙认为可能性在基于硫化物可能性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,可是这两年进展是比较突出的。今年三星所组阁 的最新数据反映,基于硫化物氢气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,本身在技术指标上还是体现出了基于金属锂为负极,硫化物为氢气电解质那么有有十哪几个 技术路线技术指标上的优势。可是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,本身块亲戚亲戚大伙相信亲戚大伙的定位还是比较明确的,对这块技术他是比较认可,可是进展确实比较快。

对欧洲来说,在全固态电池上有有十哪几个 成功实现商业化的案例,法国的奥托利公司做的本身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。但本身电池有有十哪几个 比较大的问题 ,未来的能量密度提升还是有一定瓶颈,可能性它整个正极那么磷酸铁锂,可能性那么导入新的正极,未来整个发展可能性还是受限的。可是它为宜验证了,以金属锂为负极,整个全固态电池才能超过两千次的循环,那么 有有十哪几个 数据亲戚亲戚大伙也是清楚看后了。

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,亲戚亲戚大伙所派发到的其他不太全面的数据,供亲戚亲戚大伙参考。

接下来介绍,首先给亲戚亲戚大伙介绍本身概念,全固态电池亲戚亲戚大伙认为它是有有十哪几个 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,也是有有十哪几个 固态情况报告的电池体系。亲戚亲戚大伙结合那么 有有十哪几个 形状,亲戚亲戚大伙认为现有的动力电池可能性锂离子电池以电解质的特点来区分,简单来说分为本身。有有十哪几个 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,我不懂那先 叫类固态,还有全固态,全固态上面负极还都可以用金属锂,还都可以用碳可能性硅碳。就我我人个 来说,凝胶电解质那么有有十哪几个 情况报告和固态是那么关系的,本身观点供亲戚亲戚大伙参考一下。

基于那么 有有十哪几个 划分,亲戚亲戚大伙接下来想跟亲戚亲戚大伙分享的其他 围绕这有有十哪几个 技术,包括固液混合,包括全固态的其他结果分享一下。整个历程,固态电池可能性全固态电池确实是有有十哪几个 技术路线的拓展,可是就亲戚亲戚大伙整个团队来说,亲戚亲戚大伙确实还是比较难的。亲戚亲戚大伙走了将近16年的历程,包括亲戚亲戚大伙结束英语 英语 阶段的固态电解质,到跟日本丰田的合作方式方式,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,到现阶段亲戚亲戚大伙和赣锋的合作方式方式,那先 年亲戚亲戚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,首太难做电解质,以至于固态隔膜的实现,整个发展跟传统电池是其他不一样的,它的隔膜那么用传统的隔膜。可是再到产业化,以至于到电池体系的实现,是一步一步走过来的,还是经历了有有十哪几个 比较漫长的过程。

亲戚亲戚大伙近些年的进展稍微快其他,得益于早期在宁波材料所比较好的有有十哪几个 基础,这也是国家项目的支持,是那么 有有十哪几个 情况报告。近两年赣锋锂业在本身块投资将近有有十哪几个 亿来进行整个工程化的推进。亲戚亲戚大伙做的过程也是从最新的全固态结束英语 英语 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,亲戚亲戚大伙实现全固态电池,比如一千次的循环,容量能保持98%,一同实现了高电压的正极,比如磷酸锰铁锂、三元等等都还都可以做,可是安全性一定会很好的,亲戚亲戚大伙也做了其他安全,针刺把它刺过去倒进那儿,电压变了后要,再拔出来,再看恢复那么 其他过程。可是整个电池它的缺点,它的能量密度比较低的。主要的导致 在于亲戚亲戚大伙整个全固态电池能量密度,即使用了金属锂为负极,也那么达到120瓦时每公斤,根本那么应用于动力。主要的导致 在于亲戚亲戚大伙整个全固态电池的隔膜太厚,要达到80微米,可是它是致密的膜,它的重量比较大。我想要要提高全固态电池的能量密度,有有十哪几个 最重要的方向其他 把隔膜减薄,亲戚亲戚大伙的目标是做到25微米,跟现有的动力电池隔膜深度1才能兼容。

那么问题 就来了,你从80微米到最后的25微米是才能做出来。但在等你的整个对固态电解质来说,它的电导率一定会由体相来决定的,亲戚亲戚大伙那么 有有十哪几个 变化后要,会导致 隔膜导电率降了有有十哪几个 数量级,我可能性直接用,还都可以实现全固态电池,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,亲戚亲戚大伙要有有十哪几个 固液那么有有十哪几个 思路来实现它。亲戚亲戚大伙的工作也初步验证了本身点,确实是有效的。这其他 亲戚亲戚大伙从全固态走到了混合固液那么有有十哪几个 发展的过程,是不得已而为之的情况报告。可是也是是不是有有十哪几个 意外的收获,通过那么 有有十哪几个 实现后要,亲戚亲戚大伙终于才能实现批次比较稳定的,单体容量比较一致性可能性高效的,可是与现有的软包碟片技术路线整个自动化制备那么 有有十哪几个 工艺流程才能实现80%以上的兼容性那么 有有十哪几个 过程的情况报告,其他亲戚亲戚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用,那么 有有十哪几个 混合固液,亲戚亲戚大伙小容量1有有十哪几个 安时,以及大容量40个安时,那么 有有十哪几个 能量密度,都才能实现功率达到240瓦时每公斤,容量才能280瓦时每公斤那么有有十哪几个 情况报告。本身数据我想要不跟亲戚亲戚大伙来分享了,刚才在前面可能性讲过了。

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有有十哪几个 媲美。亲戚亲戚大伙在产业化推进上面,亲戚亲戚大伙其他 希望做到电芯那么有有十哪几个 过程,电芯做好后要,后一期现有其他产业链,可是你再做跟软包相关的其他产业链上的,都才能跟亲戚亲戚大伙兼容可能性才能删剪把技术导入那么 其他思路,存储以及到车上的应用。这是亲戚亲戚大伙在固液混合上面做的其他工作,当然现在积极跟相关的其他主机厂进行对接。

亲戚亲戚大伙在下一代技术上,亲戚亲戚大伙在积极推进。时间关系,不跟亲戚亲戚大伙讲的有点痛 删剪。亲戚亲戚大伙在大容量全固态锂离子电池上开发的话,也是基于亲戚亲戚大伙我人个 做出来那么 有有十哪几个 硫化物无机跟有机的复合隔膜,实现了用金属锂为负极,还都可以用三元523可能性628为正极的全固态电池的研发,亲戚亲戚大伙两安时的设计,能实现接近2.2安时的放电容量,亲戚亲戚大伙现在测算才能达到380瓦时每公斤,亲戚亲戚大伙定位为380瓦时每公斤。现在本身电池才能实现80多次的循环,后期亲戚亲戚大伙主要还是在推进其他系列的测试,它的安全性能为什样,实现机制在哪里,它的循环性能进一步提升,在推进其他工作。当然亲戚亲戚大伙也希望跟国内相关的像艾老师,武汉大学,像其他其他团队的合作方式方式。

最后讲几点我我人个 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还都可以兼顾较高能量密度的安全形状,现在可能性具备了产业化的基础,可是本身技术在国内其他专利还一定会国内的自主知识产权。可是其规模化的推广还是时要国家政策的支持。

另外,发展全固态电池金属锂为负极的话,有机无机复合的固态柔性膜应该是有有十哪几个 比较核心的材料,可是无机硫化物电解质在本身块应该有有十哪几个 比较好的应用。

一同,亲戚亲戚大伙认为未来金属锂的应用,可能性亲戚亲戚大伙一定会要追求极限的能量密度,要追求能量密度较高,四百左右,可是寿命比较长的话,可能性金属锂负极是一定会走那么 有有十哪几个 锂基复合,像硅和碳的复合思路,本身块亲戚亲戚大伙也在跟其他科研院所合作方式方式。亲戚亲戚大伙认为本身组合有可能性实现全固态电池器件高能量密度和长循环寿命。可是对全固态电池来讲,亲戚亲戚大伙认为整个电池规模化制备装备是亟待突破的,国内在本身块还是有所不足英文的,本身块我相信对其他设备企业是有有十哪几个 机遇。

最后,谢谢亲戚亲戚大伙的关注。谢谢亲戚亲戚大伙!

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