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陈立泉院士:中国固态电池有望在2020年实现产业化
2020-02-06 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:规划战略与信息中心
    

  著名功能材料学家、中国工程院院士、先进电池与材料产学研技术创新联盟名誉理事长陈立泉院士主要从事锂电池及相关材料研究,在中国最先研制成功锂离子电池,解决了锂离子电池规?;目蒲?、技术与工程问题,实现了锂离子电池的产业化。近年来,开展了全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、室温钠离子电池等研究,为开发下一代电池奠定了基础。曾获国家自然科学奖一等奖、中科院科技进步奖特等奖和二等奖,2007年获国际电池材料协会终身成就奖。陈院士认为固态电池在2020年实现产业化的可能性还是非常高的。 

  记者于ICEnSM2019会议期间对陈院士进行了专访,以下为专访实录 

   

  固态电池实际上不是现在新有的概念,在我进入到这个领域的时候,就是固态电池刚起步的时候。1976年,我受科学院的派遣到德国,西德斯图加特马普协会的固体所去进修,当时全所都在做一种材料——氮化锂,分子式是Li3N。当时我是学晶体学专业的,从事晶体生长的工作。全所都要这个晶体,我就感到奇怪,氮化锂有什么用? 

  当时的同事告诉我,氮化锂的用途很大,它是离子导体,可用来制造开汽车的固体电池。这一句话把我吸引住了,我想既然是这样,我为什么不去学这个?后来经过科学院同意,我就改行到固态电池方向来。 

  在德国一共度过了一年零八个月,在这期间,有两个人对我进入到固态电池研究领域起了非常大的作用,一位是从斯坦福大学去固体所学术休假的R.Huggins教授,一位是刚在他实验室做完博士后的W.Weppner博士。 

  所以,1976年我就已经进入到固态电池领域了,在1978年回国后,我立即向科学院以及科技部提交报告,请求国家关注、重视固体电解质材料领域。后来,科学院连续三个五年计划里,固态电池都作为一个重点课题。 

  在后来实行的863计划,固态电池也在其中。所以就固态电池来说,中国人起步时间并不比国外晚,我们在这方面是有一定基础的。 

   

  我认为新能源汽车快速发展有两个问题,一个是续航里程,一个是安全。现在无论是电动汽车还是储能,锂离子电池都存在一个安全问题:液体电解质的可燃性。所以无论储能或电动汽车,想要安全首先要解决液体电解质的可燃问题。 

  另外从续航的角度来讲,能量密度要提高,才能解决电动汽车的续航里程问题。有人说续航里程长不节能,我认为这句话是片面的。这句话适用于电池能量密度不高的情况。 

  举一个形象的例子,如果电池的能量密度是100Wh/kg,续航里程为500公里,自然会装的多一些。电池装的多,整车的重量就增加了,重量增加摩擦力就增加,这肯定是不节能的。但如果把能量密度提高,从100Wh/kg提高到300Wh/kg,那同样开500公里,只需要之前1/3的电池就可以了。 

  但能量密度想要提高,还是有很多问题存在。现有的锂离子电池,只能是正极用高镍的三元材料,负极用硅碳负极,这个做300Wh/kg应该是没问题的,但如果要想进一步再提高,达到500Wh/kg甚至更高的水平,就很吃力了。所以目前来看,现有的锂离子电池面对的挑战还是不小的。 

   

  我觉得应该会,固态电池的电解质是固体材料,两个电极正负极都是固体材料,它没有燃烧的问题,也就没有爆炸的问题。 

  但是不是金属锂做负极就那么安全?百分百的不会出问题,也很难说。因为锂本身是个比较活泼的金属,要解决固态电池的一些问题,还是需要投入时间探索和研究,比如枝晶生长的现象。 

  所谓枝晶就是充放电的时候,充电时部分锂变成离子通过电解质跟正极反应,放电的时候这些锂离子再回去,沉积在金属锂的表面,我们知道沉积理想的状态是均匀平行的。但电池是一个大的表面,如果电场很均匀,沉积自然很均匀,一旦电场不均匀,或热量分布不均,可能造成某些部分凸起来。一旦发生凸起,越向外凸的部分就越容易沉积,这样逐渐循环,生长出来的枝状晶体就是枝晶。 

  枝晶的产生,有可能把固体电解质穿透。穿透固体电解质,就会跟正极发生短路,这可能也会有安全问题的存在。但由于固态电池没有液体电解质,不会燃烧,也就不会起高温热化学反应。 

  现在的液体电解质,只要发生短路或其他事故,正负极一碰,温度就会迅速升高。温度升高的话,会发生热化学反应,就会出现很多问题,甚至会产生一些原有系统中没有的问题,可能伴有剧毒。 

  固体电解质虽然有这方面的好处,但不能说一点问题没有,如何不让固态电池产生枝晶,是目前大家都在研究的事情。 

   

  早在2010年,我在北京锂电的论坛说中国锂电如何突围?当时我显示了一个世界市场占有率的曲线的变化情况,日本本来是百分百的的占有率,但一直下滑,到2010年我做报告的时候,日本快要下滑到韩国人的市占率曲线的下面了。韩国人是一直往上升的,当时中国的市场占有率还处于缓慢上升阶段,比日本低不少。所以当时我就提出这个问题,中国锂电如何突围? 

  当时我很着急,提出看法后,CATL董事长張毓捷先生就来向我咨询。他信心十足的说:锂电突围从CATL开始。恰逢当时我国要实行补贴政策,在我发表完演讲后没多久,中国锂电池开始蓬勃发展,经过了4年时间,中国的动力电池世界市场占有率就已经超过了韩国,处于世界第一,就代表着突围成功。 

  但现在面临一个问题,新能源汽车正在退补,补贴浪潮褪去后,会不会有可能被韩国、日本再反超,是我们都需要重视的一个问题。退补就等于世界各国站在了同一起跑线,大量的锂电池品牌将进入到我国,无论是韩国、还是日本,都对本土电池企业产生了一定的压力,这也是需要本土企业打起精神来应对的状况。 

  现在我国锂电池产业,算是并跑状态。从跟跑到并跑,再到领跑,需要经历很长的时间,可能会经历一些曲折。未来我预测,我国的电池企业一定可以成为领跑者。 

   

  我在五年前,提出一个观点:固态电池要用5年时间实现产业化,也就是2020年实现产业化。 

  从目前的情况来看,国内成立的固态电池公司有5、6家了。他们也都在往产业化走,应该说还是产业化的初期阶段。我认为在2020年实现产业化的可能性还是非常高的。 

   

  我觉得恰恰相反。对于固态电池,我希望不要完全甩掉现在的锂离子电池,最好在锂离子电池的基础上进行改进,这样发展起来会很快,也会很顺畅。而且从目前的形势来看,我们也需要做这方面的工作。 

  虽然现在看多种电池并举,都有自己的优缺点,但未来一定是固态电池的天下。目前日本、韩国以及欧美国家都在着手发展固态电池,想在未来固态电池市场中占据主导地位,形势刻不容缓。 

   

  1991年的时候,SONY宣布锂离子电池产业化,这在当时震动相当大,因为当时它的锂离子电池各方面性能都不错,这样国内肯定是要跟跑的。 

  当时我有机会去参观SONY,看到了它整个生产线,相当震撼。当时的SNOY生产线自动化程度就非常高,18650圆柱形电池的检测基本实现了自动化,哪个部分没焊好,都能一目了然。分检也相当严格。做极片的生产线,大概只有一两个人,而我们的工厂当时一条生产线是有很多人的。 

  虽然当初固态电池已经有了成品——大小在100cm2左右,但毕竟难以达到产业化目标,如果当时不投入到锂离子电池中,我国将在很长一段时间受到国外掣肘。而且SONY宣布产业化后,大家也都感兴趣,所以当时国内大部分都转到锂离子电池去了,固态电池基本上就停摆了一段时间。 

 

     编辑:规划战略与信息中心 图书馆 

     信息来源:https://www.china5e.com/news/news-1078233-1.html 

 
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