登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
李泓:全固态锂电池开发面临四个挑战
日前,中国科学院物理研究所研究员李泓在2017年中国电动汽车百人会论坛进行了主题演讲。以下为发言实录:
尊敬的各位嘉宾上午好!今天很高兴有机会再次在电动汽车百人会上介绍固态电池方面的进展,去年我们在报告中提出,我们设想未来的终极电动汽车有可能是固态锂空气电池,那个时候在这方面的认识还不足,过去几年通过几个团队的努力取得了几个进展,一个是简单提一下,我们现在对固态电池的理解。
第二是介绍一下研发进展。这是最近中日美三国政府提出的动力电池的发展目标,从技术的指标上,核心指标是能量密度,越提越高,从300瓦时每公斤,一直到500瓦时每公斤,包括美国DOE还有中国的重点专项,纳米材料、基因组都提出了很高的指标要求。
怎么样实现这些超高能量密度的指标,同时还要兼顾动力电池使用时的安全性、寿命、成本,这是摆在很多研发人员面前的问题。
从技术分析的角度,目前主要的动力电池还是正极材料匹配人造石墨这一类的负极材料,接下来提高能量密度,很可能要把硅负极引入,体积膨胀是很难解决的问题,接下来是把硅负极用金属锂替代,1972年研发到现在,历时50多年,有非常多的挑战,关键的几个问题是目前大多数的研发还是在有机的溶剂中,在有机溶剂中第一个问题是它不像石墨负极锂进和出,是非均匀的析出。第二是自发和电解液发生反映,体积变化也比较大。逐步导致锂离子电池VCR膜也不能稳定存在,安全性、自放电等方面还不能满足需求,非常多的企业和研发团队把希望寄托在全固态锂电方面。
固态电池和业态电池在微观上也是三层结构,只是把现在的隔膜电解液替换为固态电解质,这是典型的照片,没有太本质的区别,核心是有可能负极使用了金属锂,在这种情况下,在正极这一侧,原来的液体可以充分浸润正极颗粒,在正极侧接触,这是难度非常大的。
从大家预期的优点上,如果使用了金属锂,现在容易燃烧和爆炸的液态电解质,另外使用寿命等等都会延长,模块配置等都是大家期望的,在实践中这些数据有待进一步的检验,在2007年的时候,日本的NEDO在2008年公布了这样的路线图,在他们看来在远期的2030年,很多的电池形态是以全固态形式出现,包括金属锂、锂硫和锂空气电池,这些路线在不断修改中,但是大体是提高安全性的策略,就是固态化。
2016年,美国APER的两千万美元的项目,全部支持各类固体电解质的开发,以及固体电解质的制造技术,现在在中国,在过去两三年的推动下,从事固态电池开发的团队非常多,展示的单位不多,具备能力开发的小团队,从南到北非常多的研发团队为主,企业包括宁德时代新能源,苏州新陶还有珈伟股份等,我不一一介绍了。
目前总体而言,全固态锂电池开发面临四个挑战,一个是在电极层面,怎么样满足正负极课题和固体电解质的离子传输,特别是循环过程中,第二是循环过程中正负极材料不能像液体那样保持非常好的接触。还有金属锂电极的体积变化还有锂固体的变化。
接下来介绍一下,2013年中科院决定采取纳米先导专项。这里提出要做长续航的动力电池,通过提升能量密度来延长电动汽车的续驶里程(参配、图片、询价),提出了300瓦时每公斤的指标,跟现在国家的任务是一致的。在这里包括第三代锂离子电池技术,包括现一代度固态电池,锂硫和锂空电池,包括12家科研单位,24个PI,400人,一直在动态的管理中。
再简单地说一下整个先导项目取得的进展,在样品的层面研制了一些高能量密度的锂离子、锂空、锂硫,还打造了高水平的诊断分析平台,金属锂表面引入无机的磷酸锂做这个事情,提高它的稳定性,这是由化学所的郭博士做的。他们最近开发了聚醚丙烯酸脂这是一个非常重要的突破。
在材料方面,宁波材料所、上硅所为代表的团队,已经开发了一系列的氧化物和硫化物的粉体、陶瓷片以及融性膜,已经达到了几十公斤级一个批次的水平,已经开始对社会提供样品和供货。在这个基础之上,宁波材料所的一个团队研发了氧化物的小容量的全固态进入锂电池,火烤的条件下还能工作,但是把它放大还需要进一步的材料的设计,目前还有一些困难。
作为一个过渡的技术,现在还有一种把固体电解质和液体电解质混合在一起的,含有少量的固体电解质的,混合固液电解质,严格意义上讲,只要含有液体就不是全固体的电解质,室温可以满足,同时在80度高温下也能满足要求,将来实现在PEC设计上也能满足。
也通过了气研中心的研究报告,这些电池也通过了汽研中心的安全性测试,有一份完整的测试报告,这是其中一个细节。全固态锂硫也进行了开发,现在的稳定性也达到了非常好的水平。
另外聚合物按PPC/LLZO聚合物无机符合电解质体系,这个膜现在大面积应用,用这个膜做的产品,目前最新的水平,匹配811的正极,能量密度达到300瓦时每公斤,还做了深海,最近做了8000米和11000米的舱,体现了独特的耐压的优势。上海硅酸盐所一直在开发这个材料,从电导来讲也达到了世界先进水平,开发了磷酸铁锰,目前这个达到了世界先进水平。
物理所陈老师在1976年开始做淡化率,到今年是40年研究固态电池,我们在这个过程中陆续开发了一些无机材料和聚合物电解质以及一些基础研究。过去四年提出了一种新的方案,就是利用现有的电池的装备,然后通过原位把液体固态化的技术,来实现一种固态电池的设计。目前用金属锂做负极,也得到了10安时的单体,这个是与宁德时代新能源合作的一个结果。
通过这个第三方测试,目前初步研究的结果能量密度可以做到390瓦时每公斤最高水平,这个可以继续发展,因为正极材料150安时每克,60度和90度之间还可以正常工作,这是我们发展的方向。应化所还开发了一种防水的固态锂空气电池,放在水里面照样能工作,将来适合于柔性的固态锂空气电池,这是纸状折叠的,把它编制在衣服上,能够进行工作和发电,最近刚发表在先进材料上面,这是在这方面的一些研究进展。
总体来说,我们长远考虑,从提高安全性追求全固态金属锂,逐渐增加固体电解质,和负极中的锂含量,这是新的体系。目前科学院正在这方面做进一步的开发,从少量液体一直到全固态陆续研究这个事情,主要是想兼顾全固态锂电池的优点和液态锂电池的优点,希望能够取长补短,逐步改善现有电池的技术。
我们初步的预期,除了PU已经在美国商业化以外,其它的电池最早在2020年实现小批量的量产,以后随着技术的进步,逐渐进入这个市场,当然首先满足其它领域的应用,其它指标达标以后,进入动力电池的领域,那会更晚一些。
全固态电池2020年到2025年首批进入这个市场,这是预期。在这个过程中,有很多的基础科研问题和科研技术仍然要突破,现在只是展示了一个希望,从综合指标上看,还远远不能满足动力电池的技术,我们希望一步步往前走,逐步改善现有锂电池兼顾能量密度和安全性方面的挑战。
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
摘要:锂空气电池的理论能量密度高达3505Wh/kg,能够实现的能量密度预计可达到600Wh/kg,是实现续航里程达到500~800km的电动汽车的重要动力电源体系。锂空气电池面临稳定性、效率、实用性和安全性等挑战,特别是需要具备在空气环境下工作的能力。发展固态锂空气电池能够从根本上解决实用性问题,有效
在日前召开的中国电动汽车百人会2016年年会上,中科院物理所研究员李泓向记者指出,目前电动汽车的发展如火如荼,大家都关注在纯电动汽车的核心技术方面如何取得革命性突破。从电池领域来看,首先应该是做出第三代锂离子电池,之后是固态的锂电池,终极目标可能是固态锂空气电池。对于纯电动汽车来说,
NIMS认为,通过引入纳米多孔结构,减小Si粒子尺寸,来减轻应力变化,硅将可应用于全固态电池的负极中。近日,日本材料科学研究所(NIMS)能源与环境材料研究基地二次电池材料组高级研究员太田鳴海先生的团队开发出一种技术,该技术可以使不与石墨等碳质材料混合/复合的硅(Si)应用于汽车电池的负极。尽管
发展高能量密度、长循环寿命、安全性高的的储能技术具有重大的社会与经济效益。相比于采用有机电解液的传统锂离子电池,无机固体电解质材料具有机械强度高,不含易燃成分,安全性能好,能量密度高等特点。其中,硫化物固体电解质因为具有较高的离子电导率与良好的柔性等优点,是全固态电池中极具前景的
《中国制造2025》确定的技术目标是2020年锂电池能量密度到300Wh/kg,2025年能量密度达到400Wh/kg,2030年能量密度达到500Wh/kg。目前市场上用的液态电解质体系的电池能量密度约250wh/kg,也有少部分的企业宣称达到了300Wh/kg的目标,但是这都是耗费了大量的精力在材料选型、电解液调整、结构设计上的,
近日,原子能院中国先进研究堆全面开放应用取得重要进展!荷兰代尔夫特理工大学的MarnixWagemaker教授团队与原子能院核物理研究所中子散射团队合作,在国际顶级期刊《Nature》(《自然》)上发表了锂离子电池领域的最新研究成果,题目为“Chemicalshort-rangedisorderinlithiumoxidecathodes”(“锂离
北极星储能网获悉,据伊金霍洛发布消息,5月13日,鄂尔多斯50GWh锂离子储能电池智能制造项目在蒙苏经济开发区动工建设。据悉,该项目总投资约200亿元,采用全球顶尖工艺、技术和设备,使用风光绿电替代网电,全过程零碳生产安全性能高、生命周期长、度电成本低的锂离子电池,集成制造动力系统和储能系
北极星储能网获悉,据内蒙古准格尔经济开发区消息,5月9日,内蒙古硅源新能电子材料科技有限公司年产2万吨硅碳负极材料项目在准格尔旗开工。该项目总投资22亿元,占地400亩,由常州硅源新能材料有限公司投资成立的内蒙古硅源新能电子材料科技有限公司运营,规划总产能为2万吨/年硅碳负极材料,项目分三
北极星储能网获悉,5月8日,河北省工业和信息化厅发布对政协河北省第十三届委员会第二次会议第0536号提案的答复。文件提出,组织开展锂离子电池、光伏制造行业规范公告申报及自查工作,秦皇岛芯驰光电等2家企业纳入《锂离子电池行业规范条件》公告,行业规范管理水平进一步提升。原文如下:对政协河北
据准格尔旗发布消息,近日,总投资27.15亿元的鄂尔多斯新创新材料有限公司年产8万吨锂离子电池负极材料项目进入投产倒计时。据了解,该项目总投资27.15亿元,主要以石油焦、针状焦和固体沥青为原料,经磨粉、造粒、低温炭化等工艺流程,生产广泛应用于动力电池及储能领域的锂离子电池负极材料,设计年
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国锂离子电池设备行业发展白皮书(2024年)》。白皮书数据显示,2023年全球锂离子电池设备市场规模达到1868.7亿元,同比增长24.2%,其中中国市场规模达到1370.5亿元。EVTank在白皮书中表示,近几年中国锂离子电池产能快速扩张为锂离子电池设备创
北极星电池网获悉,据滁州市人民政府发布消息,4月24日上午,星恒电源(滁州)年产4GWh锂离子电池项目开工仪式在中新苏滁高新区举行。据悉,该项目总投资18.3亿元,将于今年9月完成厂房建设,12月竣工投产,建成投产后可实现年产值约23.4亿元。
据长沙工信消息,4月18日,位于宁乡高新区的湖南阿斯米新材料有限公司自主研发的万吨级锂离子电池负极前驱体生产线正式启动,这是全球首台套万吨级锂离子电池负极前驱体连续自动化生产线。据了解,阿斯米公司投资30亿元建设锂离子电池石墨负极材料生产及相关设备制造基地项目,一期投资8亿元,设计年产
北极星储能网获悉,据延安招商局消息,4月22日,延安市首个锂离子电池储能项目在黄陵县举行签约仪式。该项目由上海润雅鸿真能源有限公司全资建设,总公司为天津润雅科技股份有限公司。本次签约项目位于黄陵县高新区技术产业园,总建设用地面积60亩,配置容量为300MW/600MWh的磷酸铁锂储能系统,配套一
近日,研究机构EVTank联合伊维经济研究院共同发布了《中国小软包锂离子电池行业发展白皮书(2024年)》。白皮书数据显示,2023年全球小软包锂离子电池出货量54.8亿只,同比下滑2.6%,已经连续两年同比下滑。EVTank表示,全球小软包电池出货量的下滑叠加价格的下跌导致整个行业的市场规模在2023年同比下
日前,合康新能在在互动平台上表示,公司目前没有研发储能锂离子电池。
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!