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歐陽明高院士:固態(tài)電池研發(fā)攻關(guān)要堅持“三步走”戰(zhàn)略

2024-08-31 16:17:37 作者:喻欽濤

  8月29日至9月1日,第二十屆中國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展(泰達)國際論壇在天津濱海新區(qū)舉辦。在8月31日舉行的開幕大會上,中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高發(fā)表了題為“中國動力電池發(fā)展歷程、技術(shù)進展與前景展望”的主旨演講。

  “這么多年來新能源汽車為什么會爆發(fā)式增長?主要取決于鋰離子電池的技術(shù)突破。”歐陽明高表示,動力電池2000—2030年是一個完整的技術(shù)周期,第一個十年,動力化開始落地,主要遇到的問題是安全,安全問題直到今天還沒有徹底解決。第二個十年人工智能革命和智能電池,就是電池的全生命周期智能化,降本提效。2020年開始進入第三個十年,到2030年重點就是材料體系創(chuàng)新,就是固態(tài)電池。

  與很有網(wǎng)友希望的一蹴而就,一步到位的想法不同,歐陽明高院士認為固態(tài)電池的研發(fā)要遵從“三步走”戰(zhàn)略。第一步重點攻關(guān)固態(tài)電解質(zhì);第二步重點攻關(guān)高容量復(fù)合負極;第三步重點攻關(guān)高容量復(fù)合正極。

  針對固態(tài)電解質(zhì)的研發(fā)攻關(guān),歐陽明高院士提出了具體的目標。他說2025年要以200Wh/kg和400Wh/L為目標,打通全固態(tài)電池技術(shù)鏈,三和石墨正負極基本不變,確立主體電解質(zhì);到了2030年,要以300Wh/kg和600Wh/L為目標,特種商用車應(yīng)用為主要場景,三元和硅碳正負極,優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)體系(主體電解質(zhì)+補充電解質(zhì)),實現(xiàn)在電池層面大于4C的倍率性能和5000的循環(huán)壽命。

  當前,固態(tài)電解質(zhì)的主流方向還是硫化物固體電解質(zhì),硫化物電解質(zhì)本身的問題大部分解決,包括工藝、安全。歐陽明高院士強調(diào),這不是說固態(tài)電解質(zhì)電池就安全了,不是所有的固態(tài)電解質(zhì)都安全,重點在研究固-固反應(yīng),這種反應(yīng)可以比氣-固反應(yīng)的安全性能提升一倍。基于此,三元電池安全性提升到磷酸鐵鋰電池這個完全可以做到的。

  對于復(fù)合負極的研發(fā)攻關(guān),歐陽明高院士認為,2030年以400Wh/kg和800Wh/L為目標,高性能乘用車應(yīng)用為主要場景,進一步發(fā)展高比容量高硅基負極,實現(xiàn)在電池層面大于3C的倍率性能和1500的循環(huán)壽命;2035年以500Wh/kg和1000Wh/L為目標,進一步發(fā)展高比容量鋰金屬負極(鋰金屬載體或功能層)。

  現(xiàn)在整個電池行業(yè)最核心的技術(shù)變革就是硅碳負極,整個鋰離子電池行業(yè)、手機行業(yè)都采用了。但是硅負極膨脹太厲害了。為了解決這個問題,歐陽明高院士團隊提出了一步法制備硅碳負極技術(shù)。歐陽明高院士稱,該技術(shù)具有低成本、低能耗和低碳化等優(yōu)點,硅碳負極材料可達到高比容量、長循環(huán)壽命和高首次庫倫效率的目標。

  目前,硅基負極在國內(nèi)有兩條技術(shù)路線,大部分技術(shù)路線都是由美國主導(dǎo)的硅烷氣,在多孔炭上化學(xué)器上成集,現(xiàn)在國內(nèi)大多在學(xué)這個路線。歐陽明高院士團隊采走的是另外一個技術(shù)路線,采用高鋰離子導(dǎo)率、低電子導(dǎo)率的材料作為界面修飾材料,提高硅碳負極材料和硫化物電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性,實現(xiàn)硅碳負極材料優(yōu)異的循環(huán)性能。該技術(shù)路線不僅穩(wěn)定性更好,容量相當,同時成本大幅下降。

  “三步走”戰(zhàn)略的最后一步是復(fù)合正極。歐陽明高院士表示,2035年要以500Wh/kg和1000Wh/L為目標,進一步發(fā)展高電壓高比容量富鋰正極;2040年以700Wh/kg為目標,發(fā)展鋰硫和鋰空氣電池。

  “正極現(xiàn)在聽說有700瓦時以上的電池,我認為至少汽車是不能使用的,現(xiàn)在還不可能,說能的都是在打廣告。”歐陽明高院士稱,我們最后的正極可能是往鋰-硫電池、鋰-空氣電池這樣的方向去提升,用在轎車上每公斤700瓦時。不過他認為,如果大規(guī)模生產(chǎn)的話,至少還需要十年的努力。

  歐陽明高院士判斷,鋰離子動力電池技術(shù)變革進程會長期持續(xù),但是對于中國來講,高比能全固態(tài)電池與低成本、長壽命鋰離子電池對中國動力電池產(chǎn)業(yè)同等重要,要雙輪驅(qū)動。

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