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中国工程院院士陈立泉:锂电池安全风险不容忽视 未来要向全固态锂电池过渡

作者:中国储能网新闻中心 来源:中国经营报 发布时间:2021-01-17 浏览:
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中国储能网讯:“锂离子电池容易引起安全问题,同时它的能量密度已经到了300瓦时/公斤,达到了液态锂离子电池性能极限。因此,下一步,新一代电池要发展固态电池,或者要逐渐过渡到全固态锂电池。固态锂电池的负极材料可以是纳米硅和石墨的复合负极,正极可以是高电压锰酸锂,也可以是富锂锰基材料或者说是不含锂的正极材料,电解质是固体电解质,它的能量密度可以达到300-450瓦时/公斤。”

1月17日,中国工程院院士陈立泉在中国电动汽车百人会论坛(2021)上作出上述表态。

《中国经营报》记者在大会现场了解到,陈立泉认为锂离子电池以其高能量密度、高效率和低自放电率在电动汽车中占据主导地位,然而,锂离子电池内含有易燃的液体电解质,容易引起严重的安全问题,这阻碍了锂离子电池的广泛应用。在此背景下,陈立泉建议,新一代电池要发展固态锂电池或者全固态锂电池。

陈立泉介绍道,锂离子电池等液态电解质电池,穿刺会起火、爆炸,而固态电池穿刺则不会出现上述问题,安全性更高。

记者注意到,国信证券在近日发表的研究报告中也指出,固态电池与传统锂电池相比最大的区别在于利用固态电解质体系代替了目前的隔膜电解液体系,其优点在于安全性高,无自燃、爆炸风险,同时能量密度显著高于传统锂电池。目前现有锂离子电池体系能量密度上限约为400瓦时/公斤,后续能量密度提升仍将依赖于正负极材料体系升级,然而在目前的隔膜电解液电池体系中,虽然金属锂负极能量密度是石墨负极的10 倍以上,但会产生锂枝晶影响安全性,而固态电解质能够抑制锂枝晶的生长,因此理论上全固态电池可达到 500瓦时/公斤以上的能量密度。

不过,研究报告提到,全固态电池目前有不少难题需要攻克,大部分电池企业在研发固态电池时,都退而求其次,先加快半固态电池的产品研发速度,半固态锂电池就是电池中任一侧电极不含电解液。目前固体电池仍处于相当实验室-中试阶段,其成本相较于液态电池仍不具备可比性。但伴随后续规模化生产以及工艺改进(辉能双极电池包架构),其成本有望迅速降低。

据陈立泉介绍,从事固态电池设计开发的北京卫蓝新能源科技有限公司(以下简称“卫蓝新能源”)所开发的固态电池的能量密度在2018年便达到了300瓦时/公斤。近年来,卫蓝新能源一直在进行样车的试验,固态电池在安全性方面均通过测试。

“2019年,卫蓝新能源在江苏省溧阳市设立了生产基地,目前其固态电池产品已经供给无人机使用。固态电池的原材料包括硅碳负极材料都已实现批量生产,同时固态电池所需要的涂固态电解质材料隔膜也能够实现批量生产。”陈立泉说道。

与此同时,陈立泉谈道,发展固态电池要坚持“两手抓”,在发展固态锂电池的同时,要发展钠离子固态电池。“为何要坚持推动钠离子电池的发展?因为锂离子电池目前全世界都在做,如果全世界的汽车都采用锂离子电池,全世界的电能都用锂离子电池储存的话,容量根本不够,因此我们一定要考虑新一代电池,钠离子电池便是首选。”

陈立泉介绍道:“以锂离子电池中价格最便宜的磷酸铁锂电池作为参考,磷酸铁锂电池每瓦时的原材料成本是3毛4分,而钠离子电池的原材料成本每瓦时是2毛6分,相对来说钠离子电池价格比较便宜。而值得注意的是,2021年碳酸铁锂电池的价格还在上涨,1月4日是54000元/吨,比去年同期上涨了12000元/吨,有的公司甚至报63000元/吨,估计以后碳酸锂的价格还会涨,这是我们一定要发展钠离子电池的一个很重要的原因。”

据陈立泉分享,目前软包装的钠离子电池的能量密度已经达到了145瓦时/公斤,这一数值已经相当高。钠离子电池可以实现快充,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%,钠离子电池快充性能比锂离子电池更好。同时,钠离子电池的循环性也具有很好的表现,1C充/1C放的循环性可以大于6000次,3C充/3C放可以到3000次。此外,反复试验证明,钠离子电池的低温性能、高温性能也都表现出色。

当前,“新四化”是汽车行业提及最多的关键词。中国从2009年开始大力推动新能源汽车产业的发展,目前已取得突出成绩。

陈立泉说,我国一直积极推动新能源汽车产业的发展,主要基于以下考虑:“目前我国的能源情况是富煤、少气、缺油(石油),石油我们是很缺的。2018年我们的能源状况是煤、石油、天然气加起来占整个能源的85.6%,水、风、光、核能加起来占18.3%。2018年,我国自产的原油是1.9亿吨,国外进口的原油是4.6亿吨,我国石油对外依存度已经达到71%,此前我们建议石油对外依存度不要超过50%,实际上已经远远超过了50%。目前,汽车的保有量是2.4亿辆,如果按一辆汽车平均消耗2吨油算的话,那么我们进口的原油4.6亿吨仅仅够汽车使用,因此我们一定要发展电动汽车,以此来取代进口油,这是我们提出要交通电气化的原因所在。而从另外一个角度来看,汽车产业要实现智能化,智能化的汽车设备一定也需要电池、电动汽车来实现。”

关键字:锂电池,固态电池

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