锂电池还远未触及天花板

3月1日，四部委印发《推动轿车动力电池工业展开行为方案》，对电池功用、产能、安全性、材料和装备提出清晰恳求。面对1000亿瓦时的跨越式展开图景，工业界当怎样面对“层出不穷”的新技术?本刊日前采访了中国科学院院士、清华大学材料科学与工程研讨院院长南策文，他认为，全固态锂电池会极大前进安全性和功用，但在完结工业化之前，需要不断前进现有技术。将来，跟着新式材料的不断发现，锂电池技术和工业展开空间无限。

处理安全疑问的“金钥匙”

《动力议论》：2017年，跟着电动轿车方案的灵敏拓展，安全疑问得到了空前的重视。您认为，与传统锂电池对比，全固态锂电池优势在哪里?

简略来讲，传统锂离子电池是正、负极被隔膜分隔，并灌入有机电解液的结构。电解液易渗出，分外遇到正负极短路或许过充等，将致使温度迅速增加，电解液蒸腾分解，发作很多气体，然后使电池出现安全疑问，甚至致使电池燃烧爆破。

全固态锂电池是用全固态电解质体现二合一的成效，替代传统电池里的隔膜和电解液，然后处理安全疑问。一起，选用全固态电解质后，可以运用金属锂作为负极，然后前进能量密度。

安全疑问是工业展开的关键和基础，也联络电池工作生计的根柢；能量密度是业界研发的一个基地，联络工作展开的前景。从处理安全疑问、用现有的材料来前进能量密度角度来看，全固态锂电池可预期满意工业展开的需要，值得大力展开。

《动力议论》：依据现有技术，能否较好地处理安全疑问?

现有多种技术方法用来前进锂离子电池的安全性，例如电池处理系统(BMS)。但BMS是“治标”方法，“治本”还需从电池材料本身着手。其间，选用陶瓷隔膜是前进锂离子电池安全性的一个极好的方向。就是在隔膜的基材上，涂上一层纳米陶瓷(Al2O3)颗粒涂层，增加了隔膜机械强度和耐热缩短性，削减正负极直接短路的或许性，然后前进安全性。新一代陶瓷隔膜产品是一种纳米陶瓷纤维涂覆隔膜(江苏清陶动力出产)，具有非常好的耐热等功用，对前进锂离子电池安全性更有用。第二代产品是活性陶瓷纤维涂覆隔膜，运用陶瓷电解质纤维，除了可以改善安全性以外，还会前进锂离子传导速率，然后前进电池倍率功用。总的思路是，先通过陶瓷隔膜，改善现有锂离子电池的安全性，逐渐展开到把隔膜、电解液用全固态电解质替代，以期完全处理安全疑问。

《动力议论》：这么看来，全固态电解质可谓处理电池安全的“金钥匙”，依据当下的工业布局、研发状况，您认为，业界应当选择什么样的展开战略?

如今法国Bolloré、美国Sakti3和日本丰田别离代表了以聚合物、氧化物和硫化物三大固态电解质的典型技术研发方向。实际上，几种方法结合起来也是一种思路，比如把无机材料跟有机材料结合起来，整体原则是要在多个方案基地进行检验。将来更或许的展开战略是逐渐过渡，逐渐削减电解液用量，例如，从20%~30%削减到5%~10%，甚至0，从半固态逐渐展开到全固态。

虽然如今全固态电池体型“远水解不了近渴”，尚无法完结工业化，但在此之前，业界一贯在不断改善现有技术，逐渐前进现有电池的安全性、能量密度等疑问，比如完善现有材料配比、改善电解液功用、电池处理系统(BMS)等等。

科研与工业化：从1%到100%

《动力议论》：对于全固态锂离子电池的工业化日程，您有何预期?

对于工业化，国内的提法通常是到2020~2025年完结，也有专家提出来要抢夺在五年以内工业化。这个政策需要我们共同努力，才有或许完结。当然，也取决于工业化规范，在多大程度、多大方案上完结。比如，据报道德国宝马公司的政策是到2028年，日本丰田公司并未宣告商业化日程，但是较早就在全固态电池领域投入力度很大，一贯在鼓足劲加油干。

《动力议论》：将来，全固态锂离子电池会应用于哪些领域?

全固态电池如今主要是应用于一些格外的工作，比如对安全性有必定恳求的航空航天、医疗等。将来在动力、储能等领域具有极好的前景。

《动力议论》：全固态锂电池作为一项新技术，不可避免会有技术不可老到、本钱偏高级疑问。对于认为本钱偏高是其工业化最大瓶颈的观念您怎样评价?

全固态锂电池的倍率功用整体偏低一级疑问，都是科学技术疑问，需要逐渐处理。本钱疑问不是最大的瓶颈。实际上，任何新技术、新产品刚一开始出来，本钱都较高，一旦出产技术老到、产值上去了，本钱自然而然就能下来，所以本钱是工业界处理的工作，不是学术界能处理的疑问。

一起，实验室研讨和工业化寻求的政策不相同。做研讨寻求1%的或许性、可行性，可以通过不断试错立异，发现新的材料，只需存在或许性，哪怕1%也可以；工业界寻求的是99%甚至100%的可靠性和一致性，一点都不能差，而且各个方面都要思考周到，所以要把1%成为99%甚至100%，基地还需要一个转化的桥梁和进程，需要逐渐从实验室、中试逐渐完善，然后扩展老到，完结完全可控。

展开没有“天花板”

《动力议论》：化学电池的打破，依托材料科技的立异。从这个角度，您怎样评价全固态锂电池研发的方向?

和通常人了解不相同，锂离子电池和通常电子元器件不相同，实际上是个很凌乱的系统。比如正极、负极是多种材料复合在一起的，电解液和隔膜也但是多种的混合物。

全固态电池看似简略，正本也很凌乱。比如，液态锂离子电池的正极层中，包含了正极活性物质，导电剂、电解液、粘结剂等多种成分，假定换成全固态电解质，由于正极层中没有电解液渗透，多种成分的配比组合疑问会很凌乱。做液态锂离子电池就像我们和沙子搅水泥铺地上，加水就可以让石子、沙子与水泥和谐，但是在全固态电池没有液态物质参与，怎样处理固态跟固态材料的界面疑问并保证有用物质的活性，应战很大。

《动力议论》：您认为，由磷酸铁锂、三元、高镍三元再到全固态电池的技术道路，会是什么样的演进格局?

单体电池的能量密度要抵达300瓦时/千克，在现有技术系统上研发新产品，难度也不小。一旦逾越400~500瓦时/千克，则更需要新的打破。从技术上来说，演进道路是按照时间进行的，但不相同技术水平的电池并不是有你没我的联络，或许是并存共生的格局。这意味着，并不是出现新一代电池后，其它电池就会完全筛选，或许是一个逐渐替换的进程，而且也或许并存较长时间。以铅酸电池为例，虽然其能量密度较低，污染也较大，但到如今为止，铅酸电池并未被锂离子电池完全替代，而且展开得也挺好。要素就在于其本钱低、安全性还可以，而且较好处理了回收循环运用等疑问，所以至今一贯还和锂离子电池并存。不相同电池有各自不相同特色，存在于不相同的适宜本身的应用领域。《动力议论》：就能量密度而言，作为排在元素周期表第3位的元素，锂金属电池理论上可以抵达700瓦时/千克，这会是电池储能的极限吗?