電池性能的提升、技術(shù)路線的選擇，一直是新能源汽車(chē)行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。日前，在中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)舉辦的熱點(diǎn)問(wèn)題交流會(huì)上，中國(guó)科學(xué)院院士、清華大學(xué)汽車(chē)工程系教授、中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)歐陽(yáng)明高對(duì)外介紹了動(dòng)力電池的技術(shù)進(jìn)展與發(fā)展趨勢(shì)。

歐陽(yáng)明高重點(diǎn)提到，當(dāng)前固態(tài)電池的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化正在持續(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(wèn)題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負(fù)極電池還沒(méi)有成熟；與此同時(shí)，作為新型電池的鋰硫、鋰空氣電池，目前進(jìn)展相對(duì)緩慢，而我國(guó)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方面則取得了一些突破。此外，他還談到，至2020年，鋰離子動(dòng)力電池有望實(shí)現(xiàn)300Wh/kg的目標(biāo)，目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平。

固態(tài)電池“進(jìn)展最大、最多”

固態(tài)電池?zé)o疑是2017年全球電池領(lǐng)域最熱的一個(gè)技術(shù)名詞，由于這一領(lǐng)域“年度進(jìn)展最大、技術(shù)進(jìn)展多”，成為歐陽(yáng)明高的重點(diǎn)介紹對(duì)象。

歐陽(yáng)明高介紹說(shuō)：“‘全固態(tài)’與‘固態(tài)’不一樣，‘鋰電池’和‘鋰離子電池’也不是一個(gè)概念。全固態(tài)鋰電池，這個(gè)詞每一個(gè)字都不能少、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)組分的鋰電池，所以全稱是‘全固態(tài)電解質(zhì)鋰電池’。根據(jù)是否能反復(fù)充放，它可進(jìn)一步細(xì)分成全固態(tài)鋰一次電池和全固態(tài)鋰二次電池，而根據(jù)負(fù)極是否直接使用金屬鋰為活性物質(zhì)，全固態(tài)鋰二次電池又分成全固態(tài)鋰離子電池和全固態(tài)金屬鋰電池，前者的負(fù)極采用石墨或硅、錫等合金化反應(yīng)材料為負(fù)極，后者的負(fù)極用的是鋰金屬，而我們現(xiàn)在使用的負(fù)極材料主要是碳、硅碳或者鈦酸鋰。”

雖屬前沿技術(shù)，但全固態(tài)鋰電池概念比鋰離子電池出現(xiàn)得更早，國(guó)內(nèi)已有多家研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)單位投入到前者的研發(fā)中。據(jù)歐陽(yáng)明高介紹，中科院青島能源所開(kāi)發(fā)的聚合物固態(tài)電池，能量密度達(dá)到300Wh/kg；中科院寧波材料所開(kāi)發(fā)的無(wú)機(jī)固態(tài)鋰電池，能量密度達(dá)到240Wh/kg，此外，該機(jī)構(gòu)正與贛鋒鋰業(yè)合作推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品計(jì)劃2019年量產(chǎn)。

全固態(tài)鋰電池之所以在業(yè)界受到廣泛關(guān)注，主要是因?yàn)樗型鉀Q目前困擾行業(yè)發(fā)展的兩大關(guān)鍵問(wèn)題，即可提高產(chǎn)品的安全性和能量密度。

對(duì)此，歐陽(yáng)明高表示：“全固態(tài)鋰電池有幾個(gè)潛在的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。第一是安全性高，因?yàn)椴捎酶邿岱€(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)，代替了易燃的常規(guī)有機(jī)溶劑電解質(zhì)，避免引發(fā)電解液燃燒問(wèn)題；第二，能量密度高，由于金屬鋰的超高容量，基于相同正極時(shí)，固態(tài)金屬鋰電池與常規(guī)液態(tài)鋰離子電池相比，能量密度將大幅提升；第三，正極材料選擇的范圍寬，因?yàn)樨?fù)極是鋰金屬，正極不含鋰也可以采用；第四，系統(tǒng)比能量高，由于電解質(zhì)無(wú)流動(dòng)性，可方便地通過(guò)內(nèi)串聯(lián)組成高電壓?jiǎn)误w，利于電池系統(tǒng)成組效率和能量密度的提高。”

正極材料技術(shù)取得突破

不過(guò)，全固態(tài)鋰電池目前的主要技術(shù)難點(diǎn)還沒(méi)有被攻克。據(jù)歐陽(yáng)明高介紹，一是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導(dǎo)率偏低，目前固體電解質(zhì)的研究主要集中于三大類(lèi)材料，即聚合物、氧化物、硫化物，它們的電導(dǎo)率均低于常規(guī)液態(tài)電解質(zhì)；二是固/固界面接觸性和穩(wěn)定性差，主要由于固體電解質(zhì)缺乏柔韌性和流動(dòng)性，固體電解質(zhì)/電極間界面阻抗大，界面相容性差，同時(shí)充放電過(guò)程中材料的體積變化還易導(dǎo)致界面分離；三是金屬鋰的可充性較差，金屬鋰在液態(tài)電解液中反復(fù)充放電時(shí)易出現(xiàn)粉化、枝晶生長(zhǎng)等問(wèn)題，枝晶生長(zhǎng)造成的電池短路還可能引發(fā)安全事故；四是制造成本偏高，制備工藝復(fù)雜，且固體電解質(zhì)成本較高。正是受制于以上問(wèn)題，真正意義上的全固態(tài)金屬鋰電池技術(shù)并未成熟，還存在不確定性。他表示，目前展現(xiàn)出或者有突破、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。

國(guó)際上，固態(tài)鋰電池的研究也正在持續(xù)升溫，關(guān)于固態(tài)鋰電池技術(shù)的國(guó)外發(fā)展動(dòng)態(tài)是：美國(guó)、歐洲、日本、韓國(guó)都在投入，但各個(gè)國(guó)家發(fā)展?fàn)顟B(tài)則不太一樣。歐陽(yáng)明高稱：“美國(guó)以小公司、創(chuàng)業(yè)型公司為主，比如S-akit3、Solid—State兩家公司，立足于顛覆性技術(shù)；日本以豐田為主，基本上是研究固態(tài)鋰離子電池，將在2022年實(shí)現(xiàn)商品化，所以在日本并沒(méi)有顛覆性研究，大部分采用石墨類(lèi)負(fù)極，并非金屬鋰負(fù)極；韓國(guó)也是采用石墨類(lèi)負(fù)極，這與日本的情況類(lèi)似。”

目前，作為前沿技術(shù)的固態(tài)電池技術(shù)，尚不具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件。會(huì)上，歐陽(yáng)明高還介紹了國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池的另一主要技術(shù)進(jìn)展。

2025年單體電池要達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)是比能量400Wh/kg，這就需要研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)在正極材料方面做出改進(jìn)。“目前可選的正極有好幾種，現(xiàn)在新能源汽車(chē)重點(diǎn)專項(xiàng)取得突破性進(jìn)展的是高容量富鋰錳基正極材料，有兩個(gè)單位承擔(dān)了前沿基礎(chǔ)項(xiàng)目，一個(gè)是（中科院）物理所，他們改善了富鋰錳基正極循環(huán)的電壓衰減，達(dá)到了100周后電壓衰減降至2％以內(nèi)的指標(biāo)，應(yīng)該說(shuō)這是一個(gè)重大進(jìn)展。另外一個(gè)是北京大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，首次研制出比容量400mAh/g的富鋰錳基正極，對(duì)于達(dá)到400Wh/kg的目標(biāo)應(yīng)該是沒(méi)有問(wèn)題的，甚至可能更高。”歐陽(yáng)明高表示。

對(duì)發(fā)展趨勢(shì)有了新預(yù)判

單體電池在2020年的技術(shù)目標(biāo)是300Wh/kg。目前，在新能源汽車(chē)專項(xiàng)中，寧德時(shí)代、天津力神、合肥國(guó)軒基本上采用了大同小異的技術(shù)路線，即正極材料采用高鎳三元，負(fù)極材料采用硅碳負(fù)極。歐陽(yáng)明高介紹說(shuō)：“三個(gè)團(tuán)隊(duì)中，寧德時(shí)代能量密度達(dá)到304Wh/kg，循環(huán)壽命基本上在1000次左右，安全性也通過(guò)全部測(cè)試；力神和國(guó)軒的產(chǎn)品循環(huán)壽命和能量密度也差不多，目前的技術(shù)指標(biāo)已接近應(yīng)用要求，也就是說(shuō)2020年要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的300Wh/kg單體電池取得了實(shí)質(zhì)性突破。”

根據(jù)以上研發(fā)進(jìn)展，國(guó)家“863”計(jì)劃節(jié)能與新能源汽車(chē)重大項(xiàng)目總體專家組對(duì)動(dòng)力電池的發(fā)展趨勢(shì)作了一個(gè)新的預(yù)判（不作為國(guó)家電池技術(shù)路線圖的依據(jù)）。其中，有幾個(gè)關(guān)鍵的時(shí)間節(jié)點(diǎn)值得注意。

比如，2020年，單體電池比能量要達(dá)到300Wh/kg、比功率1000Wh/kg，循環(huán)1000次以上，成本降至0.8元/Wh。再比如，到2025年，正極材料方面會(huì)進(jìn)一步提升性能，比如采用富鋰錳基材料，屆時(shí)，單體電池比能量要達(dá)到400Wh/kg、比功率1300Wh/kg，循環(huán)2000次以上，成本降至0.6元/Wh以內(nèi)。歐陽(yáng)明高表示，屆時(shí)常規(guī)性價(jià)比的純電動(dòng)轎車(chē)，合理續(xù)駛里程為300～400公里。

此外，到2030年，電解質(zhì)方面取得突破也被寄予希望，也就是固態(tài)電池將會(huì)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。歐陽(yáng)明高表示，電池單體比能量有望沖擊500Wh/kg，與此同時(shí)，常規(guī)性價(jià)比車(chē)型的續(xù)駛里程將達(dá)到500公里以上。