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陳立泉院士:中國固態電池有望在2020年實現産業化
2020-02-06 | 编辑: | 【 】| | 供稿部门:规划战略与信息中心
    

  著名功能材料學家、中國工程院院士、先進電池與材料産學研技術創新聯盟名譽理事長陳立泉院士主要從事锂電池及相關材料研究,在中國最先研制成功锂離子電池,解決了锂離子電池規模化生産的科學、技術與工程問題,實現了锂離子電池的産業化。近年來,開展了全固態锂電池、锂硫電池、锂空氣電池、室溫鈉離子電池等研究,爲開發下一代電池奠定了基礎。曾獲國家自然科學獎一等獎、中科院科技進步獎特等獎和二等獎,2007年獲國際電池材料協會終身成就獎。陳院士認爲固態電池在2020年實現産業化的可能性還是非常高的。 

  記者于ICEnSM2019會議期間對陳院士進行了專訪,以下爲專訪實錄 

   

  固態電池實際上不是現在新有的概念,在我進入到這個領域的時候,就是固態電池剛起步的時候。1976年,我受科學院的派遣到德國,西德斯圖加特馬普協會的固體所去進修,當時全所都在做一種材料——氮化锂,分子式是Li3N。當時我是學晶體學專業的,從事晶體生長的工作。全所都要這個晶體,我就感到奇怪,氮化锂有什麽用? 

  當時的同事告訴我,氮化锂的用途很大,它是離子導體,可用來制造開汽車的固體電池。這一句話把我吸引住了,我想既然是這樣,我爲什麽不去學這個?後來經過科學院同意,我就改行到固態電池方向來。 

  在德國一共度過了一年零八個月,在這期間,有兩個人對我進入到固態電池研究領域起了非常大的作用,一位是從斯坦福大學去固體所學術休假的R.Huggins教授,一位是剛在他實驗室做完博士後的W.Weppner博士。 

  所以,1976年我就已經進入到固態電池領域了,在1978年回國後,我立即向科學院以及科技部提交報告,請求國家關注、重視固體電解質材料領域。後來,科學院連續三個五年計劃裏,固態電池都作爲一個重點課題。 

  在後來實行的863計劃,固態電池也在其中。所以就固態電池來說,中國人起步時間並不比國外晚,我們在這方面是有一定基礎的。 

   

  我認爲新能源汽車快速發展有兩個問題,一個是續航裏程,一個是安全。現在無論是電動汽車還是儲能,锂離子電池都存在一個安全問題:液體電解質的可燃性。所以無論儲能或電動汽車,想要安全首先要解決液體電解質的可燃問題。 

  另外從續航的角度來講,能量密度要提高,才能解決電動汽車的續航裏程問題。有人說續航裏程長不節能,我認爲這句話是片面的。這句話適用于電池能量密度不高的情況。 

  舉一個形象的例子,如果電池的能量密度是100Wh/kg,續航裏程爲500公裏,自然會裝的多一些。電池裝的多,整車的重量就增加了,重量增加摩擦力就增加,這肯定是不節能的。但如果把能量密度提高,從100Wh/kg提高到300Wh/kg,那同樣開500公裏,只需要之前1/3的電池就可以了。 

  但能量密度想要提高,還是有很多問題存在。現有的锂離子電池,只能是正極用高鎳的三元材料,負極用矽碳負極,這個做300Wh/kg應該是沒問題的,但如果要想進一步再提高,達到500Wh/kg甚至更高的水平,就很吃力了。所以目前來看,現有的锂離子電池面對的挑戰還是不小的。 

   

  我覺得應該會,固態電池的電解質是固體材料,兩個電極正負極都是固體材料,它沒有燃燒的問題,也就沒有爆炸的問題。 

  但是不是金屬锂做負極就那麽安全?百分百的不會出問題,也很難說。因爲锂本身是個比較活潑的金屬,要解決固態電池的一些問題,還是需要投入時間探索和研究,比如枝晶生長的現象。 

  所謂枝晶就是充放電的時候,充電時部分锂變成離子通過電解質跟正極反應,放電的時候這些锂離子再回去,沈積在金屬锂的表面,我們知道沈積理想的狀態是均勻平行的。但電池是一個大的表面,如果電場很均勻,沈積自然很均勻,一旦電場不均勻,或熱量分布不均,可能造成某些部分凸起來。一旦發生凸起,越向外凸的部分就越容易沈積,這樣逐漸循環,生長出來的枝狀晶體就是枝晶。 

  枝晶的産生,有可能把固體電解質穿透。穿透固體電解質,就會跟正極發生短路,這可能也會有安全問題的存在。但由于固態電池沒有液體電解質,不會燃燒,也就不會起高溫熱化學反應。 

  現在的液體電解質,只要發生短路或其他事故,正負極一碰,溫度就會迅速升高。溫度升高的話,會發生熱化學反應,就會出現很多問題,甚至會産生一些原有系統中沒有的問題,可能伴有劇毒。 

  固體電解質雖然有這方面的好處,但不能說一點問題沒有,如何不讓固態電池産生枝晶,是目前大家都在研究的事情。 

   

  早在2010年,我在北京锂電的論壇說中國锂電如何突圍?當時我顯示了一個世界市場占有率的曲線的變化情況,日本本來是百分百的的占有率,但一直下滑,到2010年我做報告的時候,日本快要下滑到韓國人的市占率曲線的下面了。韓國人是一直往上升的,當時中國的市場占有率還處于緩慢上升階段,比日本低不少。所以當時我就提出這個問題,中國锂電如何突圍? 

  當時我很著急,提出看法後,CATL董事長張毓捷先生就來向我咨詢。他信心十足的說:锂電突圍從CATL開始。恰逢當時我國要實行補貼政策,在我發表完演講後沒多久,中國锂電池開始蓬勃發展,經過了4年時間,中國的動力電池世界市場占有率就已經超過了韓國,處于世界第一,就代表著突圍成功。 

  但現在面臨一個問題,新能源汽車正在退補,補貼浪潮褪去後,會不會有可能被韓國、日本再反超,是我們都需要重視的一個問題。退補就等于世界各國站在了同一起跑線,大量的锂電池品牌將進入到我國,無論是韓國、還是日本,都對本土電池企業産生了一定的壓力,這也是需要本土企業打起精神來應對的狀況。 

  現在我國锂電池産業,算是並跑狀態。從跟跑到並跑,再到領跑,需要經曆很長的時間,可能會經曆一些曲折。未來我預測,我國的電池企業一定可以成爲領跑者 

   

  我在五年前,提出一個觀點:固態電池要用5年時間實現産業化,也就是2020年實現産業化。 

  從目前的情況來看,國內成立的固態電池公司有56家了。他們也都在往産業化走,應該說還是産業化的初期階段。我認爲在2020年實現産業化的可能性還是非常高的。 

   

  我覺得恰恰相反。對于固態電池,我希望不要完全甩掉現在的锂離子電池,最好在锂離子電池的基礎上進行改進,這樣發展起來會很快,也會很順暢。而且從目前的形勢來看,我們也需要做這方面的工作。 

  雖然現在看多種電池並舉,都有自己的優缺點,但未來一定是固態電池的天下。目前日本、韓國以及歐美國家都在著手發展固態電池,想在未來固態電池市場中占據主導地位,形勢刻不容緩。 

   

  1991年的時候,SONY宣布锂離子電池産業化,這在當時震動相當大,因爲當時它的锂離子電池各方面性能都不錯,這樣國內肯定是要跟跑的。 

  當時我有機會去參觀SONY,看到了它整個生産線,相當震撼。當時的SNOY生産線自動化程度就非常高,18650圓柱形電池的檢測基本實現了自動化,哪個部分沒焊好,都能一目了然。分檢也相當嚴格。做極片的生産線,大概只有一兩個人,而我們的工廠當時一條生産線是有很多人的。 

  雖然當初固態電池已經有了成品——大小在100cm2左右,但畢竟難以達到産業化目標,如果當時不投入到锂離子電池中,我國將在很長一段時間受到國外掣肘。而且SONY宣布産業化後,大家也都感興趣,所以當時國內大部分都轉到锂離子電池去了,固態電池基本上就停擺了一段時間。 

 

     編輯:規劃戰略與信息中心 圖書館 

     信息來源:https://www.china5e.com/news/news-1078233-1.html 

 
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