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中国科学院物理研究所俞会根:储能型固态锂电池商业化需突破的技术瓶颈分析

 为助力中国储能企业与国际接轨,同时致力于推动中国储能产业机制的建立,实现储能技术商业化,中关村储能产业技术联盟举办的“储能国际峰会暨展览会2018(ESIE 2018)”于2018年4月2-4日在北京国家会议中心举行。中国科学院物理研究所俞会根发表题为《固态锂离子电池前沿技术最新进展》的演讲,速记内容如下:

各位专家各位领导早上好。

储能技术的能源革命的关键,储能技术将是关键的支撑技术,目前来看,涉及到移动、智能、这几个领域将会发生比较大的变化。

从整个电网储能的角度来看,这里头包括峰谷电的调节,包括短的两分钟以内的,中的两分钟到一小时,长的以后是超过一个小时以上的储能。大家可以看以下主要现在的储能技术,包括第一个是物理储能,第二个和平储能,物理储能就是刚才邱老师讲了很多,这些都是属于物理储能,像和平储能,液态锂离子,铅酸、钠离子这块都可以归纳电能储能。液态金属电池专项和动力电池T40的专项,这是今年2018年基于国家的课题,2017年和2016年分别有相关专项的设置,国家对于储能一直大力的推进。

影响储能大规模商业化应用其他因素有哪些呢?新萄京娱乐手机版分成12点,总结以下,主要包括一个是采购成本,一个镀电成本,安寿命、安全性、产业规模、客户体验。2030年新能源汽车,发电装机与电动汽车的储能规模从这两张表里头可以看到,这个是风峰电和低电,新萄京娱乐手机版希翼电动汽车在半白天的时候,新萄京娱乐手机版可以协同形成一个协同发展的路线图,电动汽车白天新萄京娱乐手机版可以使用,晚上新萄京娱乐手机版可以用来充电,在这个调条件下新萄京娱乐手机版可以实现有序的充电,对于汽车新萄京娱乐手机版来说新萄京娱乐手机版希翼作成智能化,从汽车上下来的电池,新萄京娱乐手机版还可以进入梯次利用,在这个过程当中,新萄京娱乐手机版的汽车要职进行智能充电。新萄京娱乐手机版形成协同发展的思路。

这里头可以想想新萄京娱乐手机版为什么发展动态电池,新萄京娱乐手机版需要对电池的发展进行基于固态电池的开发,锂离子电池热时空有哪些特征呢?新萄京娱乐手机版大概有外部因素的总结和内部因素的考虑,最终发生产热的速率超过了散热,导致电芯泄露、冒烟,以及爆炸等等情况。所以特征反应是温度,升温的速率,采气的速率,内部压力的变化。

不同温度下液体电解质锂离子电池热行为新萄京娱乐手机版进行了分析。锂离子电池电芯安全性改善的策略,从集合体,到负极侧,到隔膜,到正极,以及相关的正极结合体,新萄京娱乐手机版做了相关策略,从目前来看还是有不少改进的可能性。但是对于高低压镍锰酸的安全性,新萄京娱乐手机版认为在现有的条件下,可能还是需要做一些工作。

力图从本质上解决液态电池电解质锂离子电池的安全性短版的技术发展路径,技术思路,坚固高能量和高安全策略的固态电池,希翼固态电池能解决的问题,主要是几个方面,一个是SEI膜的问题,铝铂腐蚀的问题,游离过渡金属等等杂质的问题。电解质的电池进行分类,液液态的电池,全固态的电池,固态电池被概念赋予了很多的希望。综合性能指标及安全性是否优越,从目前来看固态电池通过数据进行说话。如果新萄京娱乐手机版把液态电池单纯用固态电解质进行替代的话,液态电池有非常好的界面接触的情况,固态电池相对来说比较困难,从其他的几个方面来说固态电池有一定的优势。

世界范围内针对固态电池的企业,北美地区有针对PEO的聚合物的电池,日本这边主要是以硫化物为主,目前到现在为止,目前还没有企业艰巨高能能量密度,高安全性的大容量的锂离子电池。这是固态电池按电解质分类分成之中,聚合物的,包薄薄膜的,他们分别由不同的企业和研究机构相关推进,目前来看,不同的电解质它有优点,有缺点。全固态锂离子电池及固态金属锂电池的种类,目前新萄京娱乐手机版按含锂和不含锂,如果新萄京娱乐手机版的负极要是含锂的负极,对电解质来说的话新萄京娱乐手机版不可以用,但是对于负极来说,新萄京娱乐手机版选择的范围更大。对于固态电池新萄京娱乐手机版简单的总结只有安全性能,能量密度,循环寿命显著提高,成本及工艺特性接近于甚至优于液态电池的时候,全固态电池的技术才有竞争力。从这张图上大家可以看到,固态电解质LLZO密度是5.07,只有基于高分子的PEO和TFI有0.93,如果单纯把液态电池,电解液换成固态电解质,大家可以看,液态电池容量密度可以做到297,但是如果单纯的替换固态电解质的华,能量密度只有基于PEO的可以高于液态电池,其他的都要低的。

从大家这张图上可以看到,空心的是锂离子电池,红的是体积比能量,蓝的实的是重量比能量,还是非常有挑战性的。这是国内目前做固态电池的企业和单位。国外有Kanno教授已经坚持了37年,这个是针对电电解质从不同的维度新萄京娱乐手机版进行了评价。这里头有氧化物,有聚合物,有硫化物的。全固态锂离子电池目前主要的瓶颈在哪里呢?所有的问题有可能在三年之内找到解决方案,8年之内实现大规模量产的可能性。这个是宁波材料所徐晓青团队作的基于固态电解质的固态电池,他们目前在国内做的比较好的团队,这是白院长当时参观,这是他们初步的推进计划,这是青岛能源所,他们刚柔并击的电解质在固态电池这一块也作的非常好。中科院鼓物理所做了40年了,从研发经历角度看,这是中科院物理所基于混合固液电解质的技术,这是新萄京娱乐手机版基于混合固液膜的土涂布的技术。这是全固态锂离子电池,这是新萄京娱乐手机版卫蓝企业,是物理所技术输出的企业,这是新萄京娱乐手机版的涂层隔膜,在PP,PE上如果涂量氧化铝的河就是现在的涂层隔膜。但是现在的PP上毕竟他不是离子导电的材料。这个是固态电解质报包覆的正极材料技术。这是耐高温金属锂负极电解质解决方案,通过改进1号和2号比不处理的要好的多,在80度的条件下进行循环。这是全固态锂电池,这是开发进展。这是新萄京娱乐手机版利用材料基因组方法设计新型电解质的材料,这个材料目前来看还是属于比较前瞻的,可以同时提高稳定性和离子电导率。这是预测的一个含锂氧硫化物的电解质材料。中科院武力所大数据技术帮助力新材料的研发,在这块做的挺好,新萄京娱乐手机版专门有一个专业的团队做这个工作。这是新萄京娱乐手机版的研发思路。

最后看一下储能固态锂离子电池产业化的路径,固态锂电池产业化路径,从原材料,到电池材料,到固态电池到电池应用到回收,统筹考虑,红色字体表示可能与液态电池存在差异的地方。固态电池解决方案还是比较多的,也是从集流体到材料到界面等等。未来目前同步开发进行原位固态化固态电池的研究。 

动力电池制造的目标,新萄京娱乐手机版希翼从一开始就导入精益制造智能制造,从而达到新萄京娱乐手机版降低成本的目的。这是研发团队,还是要感谢物理所,谢谢大家!

以上发言未经嘉宾审核发布。


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