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鋰電池安全風(fēng)險(xiǎn)不容忽視 未來(lái)要向全固態(tài)鋰電池過(guò)渡

工程師鄧生 ? 來(lái)源:中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)車(chē)視界 ? 作者:中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)車(chē)視界 ? 2021-02-13 09:11 ? 次閱讀
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鋰離子電池容易引起安全問(wèn)題,同時(shí)它的能量密度已經(jīng)到了300瓦時(shí)/公斤,達(dá)到了液態(tài)鋰離子電池性能極限。因此,下一步,新一代電池要發(fā)展固態(tài)電池,或者要逐漸過(guò)渡到全固態(tài)鋰電池。固態(tài)鋰電池的負(fù)極材料可以是納米硅和石墨的復(fù)合負(fù)極,正極可以是高電壓錳酸鋰,也可以是富鋰錳基材料或者說(shuō)是不含鋰的正極材料,電解質(zhì)是固體電解質(zhì),它的能量密度可以達(dá)到300-450瓦時(shí)/公斤?!?/p>

1月17日,中國(guó)工程院院士陳立泉在中國(guó)電動(dòng)汽車(chē)百人會(huì)論壇(2021)上作出上述表態(tài)。

《中國(guó)經(jīng)營(yíng)報(bào)》記者在大會(huì)現(xiàn)場(chǎng)了解到,陳立泉認(rèn)為鋰離子電池以其高能量密度、高效率和低自放電率在電動(dòng)汽車(chē)中占據(jù)主導(dǎo)地位,然而,鋰離子電池內(nèi)含有易燃的液體電解質(zhì),容易引起嚴(yán)重的安全問(wèn)題,這阻礙了鋰離子電池的廣泛應(yīng)用。在此背景下,陳立泉建議,新一代電池要發(fā)展固態(tài)鋰電池或者全固態(tài)鋰電池。

陳立泉介紹道,鋰離子電池等液態(tài)電解質(zhì)電池,穿刺會(huì)起火、爆炸,而固態(tài)電池穿刺則不會(huì)出現(xiàn)上述問(wèn)題,安全性更高。

記者注意到,國(guó)信證券在近日發(fā)表的研究報(bào)告中也指出,固態(tài)電池與傳統(tǒng)鋰電池相比最大的區(qū)別在于利用固態(tài)電解質(zhì)體系代替了目前的隔膜電解液體系,其優(yōu)點(diǎn)在于安全性高,無(wú)自燃、爆炸風(fēng)險(xiǎn),同時(shí)能量密度顯著高于傳統(tǒng)鋰電池。目前現(xiàn)有鋰離子電池體系能量密度上限約為400瓦時(shí)/公斤,后續(xù)能量密度提升仍將依賴(lài)于正負(fù)極材料體系升級(jí),然而在目前的隔膜電解液電池體系中,雖然金屬鋰負(fù)極能量密度是石墨負(fù)極的10 倍以上,但會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶影響安全性,而固態(tài)電解質(zhì)能夠抑制鋰枝晶的生長(zhǎng),因此理論上全固態(tài)電池可達(dá)到 500瓦時(shí)/公斤以上的能量密度。

不過(guò),研究報(bào)告提到,全固態(tài)電池目前有不少難題需要攻克,大部分電池企業(yè)在研發(fā)固態(tài)電池時(shí),都退而求其次,先加快半固態(tài)電池的產(chǎn)品研發(fā)速度,半固態(tài)鋰電池就是電池中任一側(cè)電極不含電解液。目前固體電池仍處于相當(dāng)實(shí)驗(yàn)室-中試階段,其成本相較于液態(tài)電池仍不具備可比性。但伴隨后續(xù)規(guī)?;a(chǎn)以及工藝改進(jìn)(輝能雙極電池包架構(gòu)),其成本有望迅速降低。

據(jù)陳立泉介紹,從事固態(tài)電池設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的北京衛(wèi)藍(lán)新能源科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“衛(wèi)藍(lán)新能源”)所開(kāi)發(fā)的固態(tài)電池的能量密度在2018年便達(dá)到了300瓦時(shí)/公斤。近年來(lái),衛(wèi)藍(lán)新能源一直在進(jìn)行樣車(chē)的試驗(yàn),固態(tài)電池在安全性方面均通過(guò)測(cè)試。

“2019年,衛(wèi)藍(lán)新能源在江蘇省溧陽(yáng)市設(shè)立了生產(chǎn)基地,目前其固態(tài)電池產(chǎn)品已經(jīng)供給無(wú)人機(jī)使用。固態(tài)電池的原材料包括硅碳負(fù)極材料都已實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn),同時(shí)固態(tài)電池所需要的涂固態(tài)電解質(zhì)材料隔膜也能夠?qū)崿F(xiàn)批量生產(chǎn)。”陳立泉說(shuō)道。

與此同時(shí),陳立泉談道,發(fā)展固態(tài)電池要堅(jiān)持“兩手抓”,在發(fā)展固態(tài)鋰電池的同時(shí),要發(fā)展鈉離子固態(tài)電池?!盀楹我獔?jiān)持推動(dòng)鈉離子電池的發(fā)展?因?yàn)殇囯x子電池目前全世界都在做,如果全世界的汽車(chē)都采用鋰離子電池,全世界的電能都用鋰離子電池儲(chǔ)存的話,容量根本不夠,因此我們一定要考慮新一代電池,鈉離子電池便是首選。”

陳立泉介紹道:“以鋰離子電池中價(jià)格最便宜的磷酸鐵鋰電池作為參考,磷酸鐵鋰電池每瓦時(shí)的原材料成本是3毛4分,而鈉離子電池的原材料成本每瓦時(shí)是2毛6分,相對(duì)來(lái)說(shuō)鈉離子電池價(jià)格比較便宜。而值得注意的是,2021年碳酸鐵鋰電池的價(jià)格還在上漲,1月4日是54000元/噸,比去年同期上漲了12000元/噸,有的公司甚至報(bào)63000元/噸,估計(jì)以后碳酸鋰的價(jià)格還會(huì)漲,這是我們一定要發(fā)展鈉離子電池的一個(gè)很重要的原因?!?/p>

據(jù)陳立泉分享,目前軟包裝的鈉離子電池的能量密度已經(jīng)達(dá)到了145瓦時(shí)/公斤,這一數(shù)值已經(jīng)相當(dāng)高。鈉離子電池可以實(shí)現(xiàn)快充,5C充/5C放是1C充/1C放容量的90%, 10C充/10放容量是1C充/1C放的70%,鈉離子電池快充性能比鋰離子電池更好。同時(shí),鈉離子電池的循環(huán)性也具有很好的表現(xiàn),1C充/1C放的循環(huán)性可以大于6000次,3C充/3C放可以到3000次。此外,反復(fù)試驗(yàn)證明,鈉離子電池的低溫性能、高溫性能也都表現(xiàn)出色。

當(dāng)前,“新四化”是汽車(chē)行業(yè)提及最多的關(guān)鍵詞。中國(guó)從2009年開(kāi)始大力推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,目前已取得突出成績(jī)。

陳立泉說(shuō),我國(guó)一直積極推動(dòng)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,主要基于以下考慮:“目前我國(guó)的能源情況是富煤、少氣、缺油(石油),石油我們是很缺的。2018年我們的能源狀況是煤、石油、天然氣加起來(lái)占整個(gè)能源的85.6%,水、風(fēng)、光、核能加起來(lái)占18.3%。2018年,我國(guó)自產(chǎn)的原油是1.9億噸,國(guó)外進(jìn)口的原油是4.6億噸,我國(guó)石油對(duì)外依存度已經(jīng)達(dá)到71%,此前我們建議石油對(duì)外依存度不要超過(guò)50%,實(shí)際上已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了50%。目前,汽車(chē)的保有量是2.4億輛,如果按一輛汽車(chē)平均消耗2噸油算的話,那么我們進(jìn)口的原油4.6億噸僅僅夠汽車(chē)使用,因此我們一定要發(fā)展電動(dòng)汽車(chē),以此來(lái)取代進(jìn)口油,這是我們提出要交通電氣化的原因所在。而從另外一個(gè)角度來(lái)看,汽車(chē)產(chǎn)業(yè)要實(shí)現(xiàn)智能化,智能化的汽車(chē)設(shè)備一定也需要電池、電動(dòng)汽車(chē)來(lái)實(shí)現(xiàn)。”

責(zé)任編輯:PSY

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