改善電動(dòng)汽車安全性 固態(tài)電池走向產(chǎn)業(yè)化道路了嗎？
“不久之后，國內(nèi)將建設(shè)10條固態(tài)電池生產(chǎn)線。”近期，在一次有關(guān)新能源汽車的技術(shù)發(fā)展研討會(huì)上，有關(guān)專家釋放的這條消息引起了《中國汽車報(bào)》記者注意。在液態(tài)電池“橫掃”整個(gè)電動(dòng)汽車動(dòng)力電池市場的當(dāng)下，固態(tài)電池突然平地而起，這讓行業(yè)不得不為之側(cè)目。
上月，在中國電動(dòng)汽車百人會(huì)夏季論壇（以下簡稱“百人會(huì)夏季論壇”）舉辦期間，中國工程院院士陳立泉專門就固態(tài)電池的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r及其優(yōu)越性能進(jìn)行了闡釋，并提出，固態(tài)電池中不含可燃的液體電解質(zhì)，這一特性能夠極大地改善電動(dòng)汽車的安全性，因此他建議應(yīng)大力支持固態(tài)電池的研究、開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。
■安全性是最大優(yōu)勢
自電動(dòng)汽車推廣以來，因鋰離子電池燃燒而發(fā)生事故的新聞一直未曾間斷，現(xiàn)階段所使用的動(dòng)力電池安全性問題已引起全社會(huì)廣泛關(guān)注，可以看到，為破解安全隱患，近幾年鋰電池行業(yè)各個(gè)環(huán)節(jié)方都在不遺余力地解決電池安全問題。
與此同時(shí)，為提高電動(dòng)汽車?yán)m(xù)駛里程，實(shí)際情況是，已有多個(gè)國家制定了電芯能量密度進(jìn)一步提升到300～400千瓦時(shí)的計(jì)劃。因此，如果從應(yīng)用層面出發(fā)，就需要未來的電池既具備安全性，又同時(shí)擁有高能量效率的特性。
據(jù)記者了解，盡管目前動(dòng)力電池在電池模塊和系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，已經(jīng)采取了先進(jìn)的電源管理技術(shù)、冷卻技術(shù)、密封技術(shù)、散熱技術(shù)等，基本滿足了電動(dòng)汽車對(duì)安全性的要求，但依然存在著熱失控、過熱、起火燃燒甚至爆炸的危險(xiǎn)，行業(yè)專家認(rèn)為，導(dǎo)致其燃燒爆炸的根本原因，是鋰離子電池電解質(zhì)屬于可燃的有機(jī)溶液，因此，固態(tài)電解質(zhì)的電池則被看作是解決動(dòng)力鋰電池安全問題的終極方案。中國科學(xué)院寧波工業(yè)技術(shù)研究院新能源技術(shù)研究所研究員許曉雄認(rèn)為：“在新型二次化學(xué)儲(chǔ)能電源中，基于固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池的優(yōu)勢與特點(diǎn)是很明顯的，目前，企業(yè)、科研單位、高校都非常關(guān)注這一領(lǐng)域，并在努力地推進(jìn)相關(guān)研究工作。”
據(jù)一位不愿具名的業(yè)內(nèi)專家介紹：“固態(tài)電池由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、集流體和外殼構(gòu)成，其中關(guān)鍵部件是前三者。如果在固態(tài)鋰空氣電池中，固態(tài)電解質(zhì)可以將空氣正極側(cè)和鋰金屬負(fù)極側(cè)分離，能夠完全防止大氣成分和鋰金屬的直接反應(yīng)，從安全性上說，固態(tài)電解質(zhì)具備很高的機(jī)械強(qiáng)度來阻止鋰枝晶穿透；從穩(wěn)定性上說，以氧化物體系為主的固態(tài)電解質(zhì)可以表現(xiàn)出優(yōu)良的穩(wěn)定性，同時(shí)也能夠解決開放型空氣電池的漏液和電解液揮發(fā)問題。”
在百人會(huì)夏季論壇上，陳立泉同樣對(duì)固體電池安全性特征作了說明，他談到，當(dāng)電池出現(xiàn)局部短路時(shí)，只是聚合物發(fā)生熔化，熔化以后成為絕緣體，不會(huì)著火。
■電導(dǎo)率難題待破解
“固態(tài)電池在安全性方面確實(shí)具備很大優(yōu)勢，但根據(jù)目前的研發(fā)進(jìn)展，能量密度方面的優(yōu)勢還暫時(shí)無法完全展現(xiàn)。”許曉雄告訴記者。
寧波索福人能源技術(shù)有限公司董事長王蔚國進(jìn)一步向記者解釋：“固態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率通常比液態(tài)的水系和非水系電解液低，在電池組裝過程中和鋰金屬以及空氣正極之間的界面阻抗較大，這就造成固態(tài)鋰空氣電池的能量利用效率和輸出功率目前低于液態(tài)的水系和非水系電解液體系。也就是說，固態(tài)電池在能量密度方面暫時(shí)不具備優(yōu)勢。”
王蔚國指出：“由于固態(tài)電解質(zhì)電導(dǎo)率總體低于液態(tài)電解液，這導(dǎo)致了目前固態(tài)電池的倍率性能整體偏低，內(nèi)阻較大，所以固態(tài)電池暫時(shí)無法滿足快充要求。不過，固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率也會(huì)隨著溫度上升而有明顯的提高，也就是說，固態(tài)電池最好在高一點(diǎn)的溫度下工作，才能發(fā)揮良好的性能。否則當(dāng)溫度低時(shí)，固態(tài)電池的電導(dǎo)率就低，動(dòng)力性隨之變差。”
據(jù)了解，即便是在法國已經(jīng)運(yùn)行兩年的3000余輛全固態(tài)電池出租車，其工作溫度也必須在60～80 ℃之間。
■顛覆產(chǎn)業(yè)為時(shí)尚早
中國科學(xué)院物理研究所研究員、清潔能源中心常務(wù)副主任、固態(tài)離子學(xué)課題組組長黃學(xué)杰向記者表示：“盡管法國巴黎已經(jīng)研發(fā)出了基于高分子聚合物固體電解質(zhì)的大容量固態(tài)鋰電池，并應(yīng)用于實(shí)踐，但目前還沒有展示出它的真正優(yōu)勢。”
黃學(xué)杰認(rèn)為：“一種材料從實(shí)驗(yàn)室走向社會(huì)應(yīng)用層面，一般需要十年左右時(shí)間，而固態(tài)電池正處于研究階段，因此要實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，還尚需時(shí)日。目前，我們已經(jīng)預(yù)測出固態(tài)電池具有高安全性（特別是高比能狀態(tài)下的安全性）、長壽命的優(yōu)勢，由于現(xiàn)在還沒有出現(xiàn)真實(shí)的產(chǎn)品，所以只能認(rèn)為，固態(tài)電池所具備的以上優(yōu)勢僅是研發(fā)工作者的猜測。只有當(dāng)它展示出自身優(yōu)勢時(shí)，才能真正為市場所接受。”
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