電池性能的提升、技術(shù)路線的選擇，一直是新能源汽車行業(yè)關(guān)注的焦點。日前，在中國電動汽車百人會舉辦的熱點問題交流會上，中國科學院院士、清華大學汽車工程系教授、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高對外介紹了動力電池的技術(shù)進展與發(fā)展趨勢。

歐陽明高重點提到，當前固態(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)定性和金屬鋰負極可充性兩大問題的制約，真正的全固態(tài)鋰金屬負極電池還沒有成熟；與此同時，作為新型電池的鋰硫、鋰空氣電池，目前進展相對緩慢，而我國基于高容量富鋰正極和高容量硅碳負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，鋰離子動力電池有望實現(xiàn)300Wh/kg的目標，目前國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)研發(fā)基本處于同一水平。

固態(tài)電池“進展最大、最多”

固態(tài)電池無疑是2017年全球電池領(lǐng)域最熱的一個技術(shù)名詞，由于這一領(lǐng)域“年度進展最大、技術(shù)進展多”，成為歐陽明高的重點介紹對象。

歐陽明高介紹說：“‘全固態(tài)’與‘固態(tài)’不一樣，‘鋰電池’和‘鋰離子電池’也不是一個概念。全固態(tài)鋰電池，這個詞每一個字都不能少、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)是否能反復充放，它可進一步細分成全固態(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，前者的負極采用石墨或硅、錫等合金化反應材料為負極，后者的負極用的是鋰金屬，而我們現(xiàn)在使用的負極材料主要是碳、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，國內(nèi)已有多家研究機構(gòu)和產(chǎn)業(yè)單位投入到前者的研發(fā)中。據(jù)歐陽明高介紹，中科院青島能源所開發(fā)的聚合物固態(tài)電池，能量密度達到300Wh/kg；中科院寧波材料所開發(fā)的無機固態(tài)鋰電池，能量密度達到240Wh/kg，此外，該機構(gòu)正與贛鋒鋰業(yè)合作推進其產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)品計劃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，主要是因為它有望解決目前困擾行業(yè)發(fā)展的兩大關(guān)鍵問題，即可提高產(chǎn)品的安全性和能量密度。

對此，歐陽明高表示：“全固態(tài)鋰電池有幾個潛在的技術(shù)優(yōu)勢。第一是安全性高，因為采用高熱穩(wěn)定性的固態(tài)電解質(zhì)，代替了易燃的常規(guī)有機溶劑電解質(zhì)，避免引發(fā)電解液燃燒問題；第二，能量密度高，由于金屬鋰的超高容量，基于相同正極時，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，因為負極是鋰金屬，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)無流動性，可方便地通過內(nèi)串聯(lián)組成高電壓單體，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，全固態(tài)鋰電池目前的主要技術(shù)難點還沒有被攻克。據(jù)歐陽明高介紹，一是固態(tài)電解質(zhì)材料的離子電導率偏低，目前固體電解質(zhì)的研究主要集中于三大類材料，即聚合物、氧化物、硫化物，它們的電導率均低于常規(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)缺乏柔韌性和流動性，固體電解質(zhì)/電極間界面阻抗大，界面相容性差，同時充放電過程中材料的體積變化還易導致界面分離；三是金屬鋰的可充性較差，金屬鋰在液態(tài)電解液中反復充放電時易出現(xiàn)粉化、枝晶生長等問題，枝晶生長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，制備工藝復雜，且固體電解質(zhì)成本較高。正是受制于以上問題，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)勢和產(chǎn)業(yè)化前景的主要是固態(tài)鋰離子電池。

國際上，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)的國外發(fā)展動態(tài)是：美國、歐洲、日本、韓國都在投入，但各個國家發(fā)展狀態(tài)則不太一樣。歐陽明高稱：“美國以小公司、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年實現(xiàn)商品化，所以在日本并沒有顛覆性研究，大部分采用石墨類負極，并非金屬鋰負極；韓國也是采用石墨類負極，這與日本的情況類似。”

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。會上，歐陽明高還介紹了國內(nèi)動力電池的另一主要技術(shù)進展。

2025年單體電池要達到的技術(shù)目標是比能量400Wh/kg，這就需要研究機構(gòu)和企業(yè)在正極材料方面做出改進。“目前可選的正極有好幾種，現(xiàn)在新能源汽車重點專項取得突破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料，有兩個單位承擔了前沿基礎(chǔ)項目，一個是（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，達到了100周后電壓衰減降至2％以內(nèi)的指標，應該說這是一個重大進展。另外一個是北京大學的團隊，首次研制出比容量400mAh/g的富鋰錳基正極，對于達到400Wh/kg的目標應該是沒有問題的，甚至可能更高。”歐陽明高表示。

對發(fā)展趨勢有了新預判

單體電池在2020年的技術(shù)目標是300Wh/kg。目前，在新能源汽車專項中，寧德時代、天津力神、合肥國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，負極材料采用硅碳負極。歐陽明高介紹說：“三個團隊中，寧德時代能量密度達到304Wh/kg，循環(huán)壽命基本上在1000次左右，安全性也通過全部測試；力神和國軒的產(chǎn)品循環(huán)壽命和能量密度也差不多，目前的技術(shù)指標已接近應用要求，也就是說2020年要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的300Wh/kg單體電池取得了實質(zhì)性突破。”

根據(jù)以上研發(fā)進展，國家“863”計劃節(jié)能與新能源汽車重大項目總體專家組對動力電池的發(fā)展趨勢作了一個新的預判（不作為國家電池技術(shù)路線圖的依據(jù)）。其中，有幾個關(guān)鍵的時間節(jié)點值得注意。

比如，2020年，單體電池比能量要達到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，正極材料方面會進一步提升性能，比如采用富鋰錳基材料，屆時，單體電池比能量要達到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)。歐陽明高表示，屆時常規(guī)性價比的純電動轎車，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)電池將會規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。歐陽明高表示，電池單體比能量有望沖擊500Wh/kg，與此同時，常規(guī)性價比車型的續(xù)駛里程將達到500公里以上。