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中國工程院院士陳立泉:鋰電池安全風險不容忽視 未來要向全固態鋰電池過渡

作者:中國儲能網新聞中心 來源:中國經營報 發布時間:2021-01-17 瀏覽:
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中國儲能網訊:“鋰離子電池容易引起安全問題,同時它的能量密度已經到了300瓦時/公斤,達到了液態鋰離子電池性能極限。因此,下一步,新一代電池要發展固態電池,或者要逐漸過渡到全固態鋰電池。固態鋰電池的負極材料可以是納米硅和石墨的復合負極,正極可以是高電壓錳酸鋰,也可以是富鋰錳基材料或者說是不含鋰的正極材料,電解質是固體電解質,它的能量密度可以達到300-450瓦時/公斤?!?

1月17日,中國工程院院士陳立泉在中國電動汽車百人會論壇(2021)上作出上述表態。

《中國經營報》記者在大會現場了解到,陳立泉認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汽車中占據主導地位,然而,鋰離子電池內含有易燃的液體電解質,容易引起嚴重的安全問題,這阻礙了鋰離子電池的廣泛應用。在此背景下,陳立泉建議,新一代電池要發展固態鋰電池或者全固態鋰電池。

陳立泉介紹道,鋰離子電池等液態電解質電池,穿刺會起火、爆炸,而固態電池穿刺則不會出現上述問題,安全性更高。

記者注意到,國信證券在近日發表的研究報告中也指出,固態電池與傳統鋰電池相比最大的區別在于利用固態電解質體系代替了目前的隔膜電解液體系,其優點在于安全性高,無自燃、爆炸風險,同時能量密度顯著高于傳統鋰電池。目前現有鋰離子電池體系能量密度上限約為400瓦時/公斤,后續能量密度提升仍將依賴于正負極材料體系升級,然而在目前的隔膜電解液電池體系中,雖然金屬鋰負極能量密度是石墨負極的10 倍以上,但會產生鋰枝晶影響安全性,而固態電解質能夠抑制鋰枝晶的生長,因此理論上全固態電池可達到 500瓦時/公斤以上的能量密度。

不過,研究報告提到,全固態電池目前有不少難題需要攻克,大部分電池企業在研發固態電池時,都退而求其次,先加快半固態電池的產品研發速度,半固態鋰電池就是電池中任一側電極不含電解液。目前固體電池仍處于相當實驗室-中試階段,其成本相較于液態電池仍不具備可比性。但伴隨后續規?;a以及工藝改進(輝能雙極電池包架構),其成本有望迅速降低。

據陳立泉介紹,從事固態電池設計開發的北京衛藍新能源科技有限公司(以下簡稱“衛藍新能源”)所開發的固態電池的能量密度在2018年便達到了300瓦時/公斤。近年來,衛藍新能源一直在進行樣車的試驗,固態電池在安全性方面均通過測試。

“2019年,衛藍新能源在江蘇省溧陽市設立了生產基地,目前其固態電池產品已經供給無人機使用。固態電池的原材料包括硅碳負極材料都已實現批量生產,同時固態電池所需要的涂固態電解質材料隔膜也能夠實現批量生產?!标惲⑷f道。

與此同時,陳立泉談道,發展固態電池要堅持“兩手抓”,在發展固態鋰電池的同時,要發展鈉離子固態電池?!盀楹我獔猿滞苿逾c離子電池的發展?因為鋰離子電池目前全世界都在做,如果全世界的汽車都采用鋰離子電池,全世界的電能都用鋰離子電池儲存的話,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:“以鋰離子電池中價格最便宜的磷酸鐵鋰電池作為參考,磷酸鐵鋰電池每瓦時的原材料成本是3毛4分,而鈉離子電池的原材料成本每瓦時是2毛6分,相對來說鈉離子電池價格比較便宜。而值得注意的是,2021年碳酸鐵鋰電池的價格還在上漲,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63000元/噸,估計以后碳酸鋰的價格還會漲,這是我們一定要發展鈉離子電池的一個很重要的原因?!?

據陳立泉分享,目前軟包裝的鈉離子電池的能量密度已經達到了145瓦時/公斤,這一數值已經相當高。鈉離子電池可以實現快充,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,鈉離子電池的循環性也具有很好的表現,1C充/1C放的循環性可以大于6000次,3C充/3C放可以到3000次。此外,反復試驗證明,鈉離子電池的低溫性能、高溫性能也都表現出色。

當前,“新四化”是汽車行業提及最多的關鍵詞。中國從2009年開始大力推動新能源汽車產業的發展,目前已取得突出成績。

陳立泉說,我國一直積極推動新能源汽車產業的發展,主要基于以下考慮:“目前我國的能源情況是富煤、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、天然氣加起來占整個能源的85.6%,水、風、光、核能加起來占18.3%。2018年,我國自產的原油是1.9億噸,國外進口的原油是4.6億噸,我國石油對外依存度已經達到71%,此前我們建議石油對外依存度不要超過50%,實際上已經遠遠超過了50%。目前,汽車的保有量是2.4億輛,如果按一輛汽車平均消耗2噸油算的話,那么我們進口的原油4.6億噸僅僅夠汽車使用,因此我們一定要發展電動汽車,以此來取代進口油,這是我們提出要交通電氣化的原因所在。而從另外一個角度來看,汽車產業要實現智能化,智能化的汽車設備一定也需要電池、電動汽車來實現?!?

關鍵字:鋰電池,固態電池

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