動力電池密度有望2020年前實現300Wh/kg

    近日，由電動汽車百人會主辦的“把握全球變革趨勢，實現高質量發展”熱點問題交流會在清華大學召開。歐陽明高院士出席會議并發表了題為“2017年動力電池技術進展與發展趨勢”的主旨演講。

    歐陽明高的演講主要圍繞電池技術展開：“我現在重點關注的有三個問題：電池、電耗、充電。電池是零部件層面和核心技術層面的關鍵；電耗是當前整車集成技術的核心問題；而充電技術正在經歷需求大增長、技術大發展的時期。今天我主要講電池技術”。

    國內動力電池的主要技術進展

    關于國內動力電池的主要技術進展，歐陽明高表示：

    “第一，要在2020年產業化的300瓦時/公斤的電池單體，目前已經取得了實質性突破。像寧德時代、天津力神和國軒高科采用的技術路線大同小異：正極是高鎳三元，負極是硅碳負極。300瓦時/公斤的電池單體大概能做出200-210瓦時/公斤的電池系統，這和今年年初單體能量密度230瓦時/公斤左右，電池系統150瓦時/公斤左右相比有很大提高”。

    “第二，面向2025年產業化，希望沖擊電池單體能量密度400瓦時/公斤的目標。目前達到300瓦時/公斤實際上是負極從碳變成硅碳，而到400瓦時/公斤要變的是正極材料。目前可選的正極材料有好幾種，取得突破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料”。

    “第三，2017年全球電池領域最熱的當屬固態電池。國內目前有多家研究機構、產業單位和企業在做，下面我以固態電池為例來介紹全球動力電池技術熱點”。

    全固態鋰電池

    關于全固態鋰電池，歐陽明高介紹道：“全固態鋰電池，這六個字每一個字都不能變。所謂“全固態鋰電池”是一種在工作溫度區間內所使用的電極和電解質材料均呈固態，不含任何液態組份的鋰電池，全稱是“全固態電解質鋰電池”。這個全固態鋰電池又分成全固態鋰一次電池和全固態鋰二次電池。全固態鋰二次電池又分成全固態鋰離子電池和鋰金屬電池”。

    “它有優勢也有不足。優勢方面，第一安全性高，第二能量密度高，第三正極材料選擇的范圍寬，第四系統比能量高；不足方面，第一是固態電解質材料的離子電導率偏低，第二是固/固界面接觸性和穩定性差，第三是金屬鋰的可充性問題，第四是制造成本偏高”。

    接著，歐陽明高又講到：“目前有突破、有性能優勢和產業化前景的，主要是固態鋰離子電池。它和全固態鋰電池的區別是不全都是固態電解質，真正的固態鋰離子電池，其電解質是固態，但在電芯中有少量的液態電解質；所謂半固態，就是固態電解質、液態電解質各占一半，或者說電芯的一半是固態，一半是液態的；準固態就是主要為固態、少量是液態”。

    綜合評述與展望

    回望2017，歐陽明高總結了四點：“第一，鋰離子動力電池單體有望于2020年前實現300瓦時/公斤目標，目前國內外技術研發基本處于同一水平，但安全性研究尚待加強。這種電池的核心是安全性。第二，關于鋰硫電池、鋰空氣電池方面，目前國內外進展相對緩慢，2017年沒有看到突破性的進展。

    第三，固態電池的研發產業化持續升溫，但受到固/固界面穩定性和金屬鋰負極可充性兩大問題的制約，真正的全固態鋰金屬負極電池還沒有成熟，但是以無機硫化物作為固態電解質的鋰離子電池應該說出現突破。總體來看固態電池發展的路徑：電解質可能是從液態、半固態、固液混合到固態，最后到全固態。至于負極，會是從石墨負極，到硅碳負極，最后有可能到金屬鋰負極，但是目前還存在技術不確定性。第四，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比鋰硫和鋰空氣電池更具可行性”。

    展望未來，歐陽明高代表專家組對電池技術的發展趨勢做了幾點判斷：“第一，到2020年：電池單體能量密度300瓦時/公斤、比功率1000瓦時/公斤，循環1000次以上，成本0.8元/瓦時以內。所對應的正極高鎳三元材料，將從鎳：鈷：錳比例3：3：3轉向6：2：2最后為8：1：1，所對應的負極材料要從碳負極向硅碳負極轉型”。

    “第二，到2025年：取得重要突破的富鋰錳基材料將進一步提升性能，從單體密度300瓦時/公斤邁向400瓦時/公斤，每瓦時成本從8毛錢以內到6毛錢以內”。

    “第三，到2030年：最大的突破可能是面向固態電池規模產業化。電池單體比能量密度將有望沖擊500瓦時/公斤。屆時，常規的性價比車型應該可以達到500公里以上，當然這還需要電耗、輕量化等其它技術的配合”。