中国科学院物理研究所李泓：先进电池是我国双碳战略和电动中国战略发展的关键支撑技术-北极星储能网

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3月27日，中国科学院物理研究所研究员李泓在2022中国电动汽车百人会发言指出，先进电池是我国双碳战略和电动中国战略发展的关键支撑技术，在生产、生活、国家安全方面都有非常重要的应用，在这些应用领域，高能量密度电池、高功率密度电池、高安全性、长寿命的电池是非常关键的先进技术。

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欧、美、日、韩各国政府现在高度重视动力电池的研究和产业布局。在2020年，欧洲支持了“2030电池创新路线图”，美国制定了“美国锂电池2021—2030国家发展蓝图”，日本制订了第三期的“电动汽车创新电池开发”的项目，特别是还支持了以丰田为核心牵头单位的针对电动汽车的全固态电池的研发项目，韩国也发布了“2030二次电池产业发展战略”，可以说各国政府高度重视在动力电池前瞻技术方面的研发布局和产业布局。

全世界的范围内，无论是基础科学研究的团队，还是产业团队，都认为将容易燃烧的液态电解质用不容易燃烧的固态电解质替代形成全固态电池的解决方案具有高的安全性，理论上也具有高的能量密度和功率密度。

固态电池有可能在以下一些方面具有优点：首先是能够充电到更高的电压，正极材料不容易析氧，负极可以含有金属锂，不容易和锂持续地发生副反应，也不容易热失控，不容易胀气，高温稳定性好，支持内串。这些优点使得固态电池的电芯有可能具备本质安全的特性，可以把电芯容量尺寸做大、能量密度提高、模组集成效率提高，允许更高的充放电倍率，也允许高温运行，支持绝热和自加热的热管理。电芯做大以后也方便植入多元传感器，同时具有超长的循环寿命，没有跳水的现象。另外特别一点，因为固态电解质没有持续的副反应，整个材料体系对杂质不敏感，同时也更方便地支持干法电极的工艺，有可能简化后段的化成和老化工艺，也更方便地支持预锂化工艺，从而提高生产效率，显著降低电池的成本，这是全固态电池具备的可能的优点和优势。

但目前不同类型的全固态电池还存在着很多的技术挑战，包括四大类的全固态电池。聚合物全固态电池主要问题是，只能在高温下运行，同时不耐氧化，只能跟磷酸铁锂正极来匹配，因此能量密度较低。薄膜全固态电池，大容量的电芯比较难以制作，同时制造成本比较高。硫化物全固态电池，具有非常高的离子电导率，也是全球关注的焦点，但目前硫化物材料空气敏感、成本较高，同时在正极和负极内部固固接触比较差。氧化物全固态（电池），电解质陶瓷片容易脆裂，界面电阻高，大容量电芯很难制备。因此，尽管全球对全固态电池高度的关注和高强度的研发，但依然存在着很多技术挑战，目前正在不断的发展各类技术去改善全固态电池面临的问题。

固态电池已经成为全球范围内研究的焦点，包括日本多家团队、美国初创公司，以及加拿大、韩国、欧洲的团队，各个国家都在发展硫化物全固态、固态金属锂电池以及聚合物固态电池等。中国的初创公司，结合了液态电解质容易量产的优点，以及固态电池更安全的一些特点，发展了混合固液电解质的这个技术路线。这种技术路线的选择不同于日本和韩国的硫化物，也不同于美国的金属锂负极，更加容易量产，也能显著地提高现有液态电解质锂离子电池产品的安全性。而且这些初创公司的技术发展已经达到了接近量产的阶段。因此我们说，尽管日本、韩国、欧洲、美国在全固态电池方面研发和产业布局比较早，但是中国因为选择了混合固液电池的路线而率先实现固态电池的规模量产。

在全固态电池中以及固态电池的核心，是要解决材料一系列的关键问题，对硫化物电解质来说，最难解决的、最需要解决的就是降低生产制造的成本、提高空气的稳定性。中科院物理所、长三角物理研究中心的吴凡团队，在过去三年一直在致力于发展空气中稳定的、水稳定的硫化物电解质，并且取得了非常显著的进展。采用这种水稳定的、空气稳定的硫化物电解质已经研制出了全固态电池，具有比较好的正极材料的容量发挥，为开发硫化物及全固态电池奠定了非常关键的基础。

在全固态电池中很重要的一点是要解决力学的特性，希望在充放电过程中能够在正极和负极的界面保持非常好的界面的接触，因此大家都提出来要发展复合的电解质。中科院青岛能源所的崔光磊团队开发了硫化物电解质和PEGMEA（聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯）复合的原位聚合的固态电解质，具有比较高的离子电导率，而且具有比较低的界面电阻，相当程度上解决了界面在循环过程中接触不好的问题，因此获得了比较好的循环性，降低了内阻。

为了实现固态电池的量产，需要打造一个产业链。针对高比能的电池我们需要进一步的去优化和开发新的正极材料、负极材料、电解质材料、预锂化材料、超级粘结剂、导电添加剂、以及新一代的金属沉积的集流体，同时开发新的前段、中段和后段的工艺，以及实施智能化工厂，将极致制造和极简制造结合在一起，形成下一代的工业4.0级的固态锂离子电池产业链。

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