歐陽(yáng)明高:鋰離子動(dòng)力電池密度有望于2020年前實(shí)現(xiàn)300Wh/kg


歐陽(yáng)明高的演講主要圍繞電池技術(shù)展開:“我現(xiàn)在重點(diǎn)關(guān)注的有三個(gè)問題:電池、電耗、充電。電池是零部件層面和核心技術(shù)層面的關(guān)鍵;電耗是當(dāng)前整車集成技術(shù)的核心問題;而充電技術(shù)正在經(jīng)歷需求大增長(zhǎng)、技術(shù)大發(fā)展的時(shí)期。今天我主要講電池技術(shù)”。
一:國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池的主要技術(shù)進(jìn)展
關(guān)于國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池的主要技術(shù)進(jìn)展,歐陽(yáng)明高表示:“第一,要在2020年產(chǎn)業(yè)化的300瓦時(shí)/公斤的電池單體,目前已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性突破。像寧德時(shí)代、天津力神和國(guó)軒高科采用的技術(shù)路線大同小異:正極是高鎳三元,負(fù)極是硅碳負(fù)極。300瓦時(shí)/公斤的電池單體大概能做出200-210瓦時(shí)/公斤的電池系統(tǒng),這和今年年初單體能量密度230瓦時(shí)/公斤左右,電池系統(tǒng)150瓦時(shí)/公斤左右相比有很大提高”。
“第二,面向2025年產(chǎn)業(yè)化,希望沖擊電池單體能量密度400瓦時(shí)/公斤的目標(biāo)。目前達(dá)到300瓦時(shí)/公斤實(shí)際上是負(fù)極從碳變成硅碳,而到400瓦時(shí)/公斤要變的是正極材料。目前可選的正極材料有好幾種,取得突破性進(jìn)展的是高容量富鋰錳基正極材料”。
“第三,2017年全球電池領(lǐng)域最熱的當(dāng)屬固態(tài)電池。國(guó)內(nèi)目前有多家研究機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)單位和企業(yè)在做,下面我以固態(tài)電池為例來介紹全球動(dòng)力電池技術(shù)熱點(diǎn)”。
二:全固態(tài)鋰電池
關(guān)于全固態(tài)鋰電池,歐陽(yáng)明高介紹道:“全固態(tài)鋰電池,這六個(gè)字每一個(gè)字都不能變。所謂“全固態(tài)鋰電池”是一種在工作溫度區(qū)間內(nèi)所使用的電極和電解質(zhì)材料均呈固態(tài),不含任何液態(tài)組份的鋰電池,全稱是“全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池”。這個(gè)全固態(tài)鋰電池又分成全固態(tài)鋰一次電池和全固態(tài)鋰二次電池。全固態(tài)鋰二次電池又分成全固態(tài)鋰離子電池和鋰金屬電池”。
“它有優(yōu)勢(shì)也有不足。優(yōu)勢(shì)方面,第一安全性高,第二能量密度高,第三正極材料選擇的范圍寬,第四系統(tǒng)比能量高;不足方面,第一是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低,第二是固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差,第三是金屬鋰的可充性問題,第四是制造成本偏高”。
接著,歐陽(yáng)明高又講到:“目前有突破、有性能優(yōu)勢(shì)和產(chǎn)業(yè)化前景的,主要是固態(tài)鋰離子電池。它和全固態(tài)鋰電池的區(qū)別是不全都是固態(tài)電解質(zhì),真正的固態(tài)鋰離子電池,其電解質(zhì)是固態(tài),但在電芯中有少量的液態(tài)電解質(zhì);所謂半固態(tài),就是固態(tài)電解質(zhì)、液態(tài)電解質(zhì)各占一半,或者說電芯的一半是固態(tài),一半是液態(tài)的;準(zhǔn)固態(tài)就是主要為固態(tài)、少量是液態(tài)”。
三:綜合評(píng)述與展望
回望2017,歐陽(yáng)明高總結(jié)了四點(diǎn):“第一,鋰離子動(dòng)力電池單體有望于2020年前實(shí)現(xiàn)300瓦時(shí)/公斤目標(biāo),目前國(guó)內(nèi)外技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平,但安全性研究尚待加強(qiáng)。這種電池的核心是安全性。第二,關(guān)于鋰硫電池、鋰空氣電池方面,目前國(guó)內(nèi)外進(jìn)展相對(duì)緩慢,2017年沒有看到突破性的進(jìn)展。
第三,固態(tài)電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化持續(xù)升溫,但受到固/固界面穩(wěn)定性和金屬鋰負(fù)極可充性兩大問題的制約,真正的全固態(tài)鋰金屬負(fù)極電池還沒有成熟,但是以無機(jī)硫化物作為固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池應(yīng)該說出現(xiàn)突破??傮w來看固態(tài)電池發(fā)展的路徑:電解質(zhì)可能是從液態(tài)、半固態(tài)、固液混合到固態(tài),最后到全固態(tài)。至于負(fù)極,會(huì)是從石墨負(fù)極,到硅碳負(fù)極,最后有可能到金屬鋰負(fù)極,但是目前還存在技術(shù)不確定性。第四,基于高容量富鋰正極和高容量硅碳負(fù)極的革新型鋰離子電池比鋰硫和鋰空氣電池更具可行性”。
展望未來,歐陽(yáng)明高代表專家組對(duì)電池技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)做了幾點(diǎn)判斷:“第一,到2020年:電池單體能量密度300瓦時(shí)/公斤、比功率1000瓦時(shí)/公斤,循環(huán)1000次以上,成本0.8元/瓦時(shí)以內(nèi)。所對(duì)應(yīng)的正極高鎳三元材料,將從鎳:鈷:錳比例3:3:3轉(zhuǎn)向6:2:2最后為8:1:1,所對(duì)應(yīng)的負(fù)極材料要從碳負(fù)極向硅碳負(fù)極轉(zhuǎn)型”。
“第二,到2025年:取得重要突破的富鋰錳基材料將進(jìn)一步提升性能,從單體密度300瓦時(shí)/公斤邁向400瓦時(shí)/公斤,每瓦時(shí)成本從8毛錢以內(nèi)到6毛錢以內(nèi)”。
“第三,到2030年:最大的突破可能是面向固態(tài)電池規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。電池單體比能量密度將有望沖擊500瓦時(shí)/公斤。屆時(shí),常規(guī)的性價(jià)比車型應(yīng)該可以達(dá)到500公里以上,當(dāng)然這還需要電耗、輕量化等其它技術(shù)的配合”。