中國科學院物理研究所俞會根：儲能型固態鋰電池商業化需突破的技術瓶頸分析

2018-04-02 11:34:26 北極星儲能網　點擊量：評論 (0)

為助力中國儲能企業與國際接軌，同時致力于推動中國儲能產業機制的建立，實現儲能技術商業化，中關村儲能產業技術聯盟舉辦的儲能國際峰會暨

為助力中國儲能企業與國際接軌，同時致力于推動中國儲能產業機制的建立，實現儲能技術商業化，中關村儲能產業技術聯盟舉辦的“儲能國際峰會暨展覽會2018(ESIE 2018)”于2018年4月2-4日在北京國家會議中心舉行。中國科學院物理研究所俞會根發表題為《固態鋰離子電池前沿技術最新進展》的演講，速記內容如下：

各位專家各位領導早上好。

儲能技術的能源革命的關鍵，儲能技術將是關鍵的支撐技術，目前來看，涉及到移動、智能、這幾個領域將會發生比較大的變化。

從整個電網儲能的角度來看，這里頭包括峰谷電的調節，包括短的兩分鐘以內的，中的兩分鐘到一小時，長的以后是超過一個小時以上的儲能。大家可以看以下主要現在的儲能技術，包括第一個是物理儲能，第二個和平儲能，物理儲能就是剛才邱老師講了很多，這些都是屬于物理儲能，像和平儲能，液態鋰離子，鉛酸、鈉離子這塊都可以歸納電能儲能。液態金屬電池專項和動力電池T40的專項，這是今年2018年基于國家的課題，2017年和2016年分別有相關專項的設置，國家對于儲能一直大力的推進。

影響儲能大規模商業化應用其他因素有哪些呢?我們分成12點，總結以下，主要包括一個是采購成本，一個鍍電成本，安壽命、安全性、產業規模、客戶體驗。2030年新能源汽車，發電裝機與電動汽車的儲能規模從這兩張表里頭可以看到，這個是風峰電和低電，我們希望電動汽車在半白天的時候，我們可以協同形成一個協同發展的路線圖，電動汽車白天我們可以使用，晚上我們可以用來充電，在這個調條件下我們可以實現有序的充電，對于汽車我來說我們希望作成智能化，從汽車上下來的電池，我們還可以進入梯次利用，在這個過程當中，我們的汽車要職進行智能充電。我們形成協同發展的思路。

這里頭可以想想我們為什么發展動態電池，我們需要對電池的發展進行基于固態電池的開發，鋰離子電池熱時空有哪些特征呢?我們大概有外部因素的總結和內部因素的考慮，最終發生產熱的速率超過了散熱，導致電芯泄露、冒煙，以及爆炸等等情況。所以特征反應是溫度，升溫的速率，采氣的速率，內部壓力的變化。

不同溫度下液體電解質鋰離子電池熱行為我們進行了分析。鋰離子電池電芯安全性改善的策略，從集合體，到負極側，到隔膜，到正極，以及相關的正極結合體，我們做了相關策略，從目前來看還是有不少改進的可能性。但是對于高低壓鎳錳酸的安全性，我們認為在現有的條件下，可能還是需要做一些工作。

力圖從本質上解決液態電池電解質鋰離子電池的安全性短版的技術發展路徑，技術思路，堅固高能量和高安全策略的固態電池，希望固態電池能解決的問題，主要是幾個方面，一個是SEI膜的問題，鋁鉑腐蝕的問題，游離過渡金屬等等雜質的問題。電解質的電池進行分類，液液態的電池，全固態的電池，固態電池被概念賦予了很多的期望。綜合性能指標及安全性是否優越，從目前來看固態電池通過數據進行說話。如果我們把液態電池單純用固態電解質進行替代的話，液態電池有非常好的界面接觸的情況，固態電池相對來說比較困難，從其他的幾個方面來說固態電池有一定的優勢。

世界范圍內針對固態電池的公司，北美地區有針對PEO的聚合物的電池，日本這邊主要是以硫化物為主，目前到現在為止，目前還沒有企業艱巨高能能量密度，高安全性的大容量的鋰離子電池。這是固態電池按電解質分類分成之中，聚合物的，包薄薄膜的，他們分別由不同的企業和研究機構相關推進，目前來看，不同的電解質它有優點，有缺點。全固態鋰離子電池及固態金屬鋰電池的種類，目前我按含鋰和不含鋰，如果我的負極要是含鋰的負極，對電解質來說的話我不可以用，但是對于負極來說，我選擇的范圍更大。對于固態電池我們簡單的總結只有安全性能，能量密度，循環壽命顯著提高，成本及工藝特性接近于甚至優于液態電池的時候，全固態電池的技術才有競爭力。從這張圖上大家可以看到，固態電解質LLZO密度是5.07，只有基于高分子的PEO和TFI有0.93，如果單純把液態電池，電解液換成固態電解質，大家可以看，液態電池容量密度可以做到297，但是如果單純的替換固態電解質的華，能量密度只有基于PEO的可以高于液態電池，其他的都要低的。

從大家這張圖上可以看到，空心的是鋰離子電池，紅的是體積比能量，藍的實的是重量比能量，還是非常有挑戰性的。這是國內目前做固態電池的企業和單位。國外有Kanno教授已經堅持了37年，這個是針對電電解質從不同的維度我們進行了評價。這里頭有氧化物，有聚合物，有硫化物的。全固態鋰離子電池目前主要的瓶頸在哪里呢?所有的問題有可能在三年之內找到解決方案，8年之內實現大規模量產的可能性。這個是寧波材料所徐曉青團隊作的基于固態電解質的固態電池，他們目前在國內做的比較好的團隊，這是白院長當時參觀，這是他們初步的推進計劃，這是青島能源所，他們剛柔并擊的電解質在固態電池這一塊也作的非常好。中科院鼓物理所做了40年了，從研發經歷角度看，這是中科院物理所基于混合固液電解質的技術，這是我們基于混合固液膜的土涂布的技術。這是全固態鋰離子電池，這是我們衛藍公司，是物理所技術輸出的公司，這是我們的涂層隔膜，在PP，PE上如果涂量氧化鋁的河就是現在的涂層隔膜。但是現在的PP上畢竟他不是離子導電的材料。這個是固態電解質報包覆的正極材料技術。這是耐高溫金屬鋰負極電解質解決方案，通過改進1號和2號比不處理的要好的多，在80度的條件下進行循環。這是全固態鋰電池，這是開發進展。這是我們利用材料基因組方法設計新型電解質的材料，這個材料目前來看還是屬于比較前瞻的，可以同時提高穩定性和離子電導率。這是預測的一個含鋰氧硫化物的電解質材料。中科院武力所大數據技術幫助力新材料的研發，在這塊做的挺好，我們專門有一個專業的團隊做這個工作。這是我們的研發思路。

最后看一下儲能固態鋰離子電池產業化的路徑，固態鋰電池產業化路徑，從原材料，到電池材料，到固態電池到電池應用到回收，統籌考慮，紅色字體表示可能與液態電池存在差異的地方。固態電池解決方案還是比較多的，也是從集流體到材料到界面等等。未來目前同步開發進行原位固態化固態電池的研究。

動力電池制造的目標，我們希望從一開始就導入精益制造智能制造，從而達到我們降低成本的目的。這是研發團隊，還是要感謝物理所，謝謝大家!

以上發言未經嘉賓審核發布。