“固态锂电池大干快上 ， 引领电动中国 。 ”近日 ， 中国工程院院士陈立泉在第七届中国电动汽车百人会论坛上喊出这样的口号 。
陈立泉表示 ， 液态锂电池容易引起安全忧虑 ， 300瓦时/公斤的能量密度已经到了液态锂电池的极限 ， 下一步要发展固态电池 ， 或者逐渐过渡到全固态锂电池 。
“传统的液态锂电池已经无法满足行业更高的需求 ， 在全固态锂电池技术尚未突破的情况下 ， 混合固液电池有望兼容液态锂电池的部分材料、大部份设备和工艺 ， 综合平衡安全性、能量密度、功率密度、循环寿命、高低温性等性能 ， 率先实现商业化 ， 逐步提升液态锂电池的性能 。 ”中国科学院物理研究所（以下简称物理所）研究员李泓在接受《中国科学报》采访时表示 。
中国科学院物理研究所固态电池科研团队（部分成员合影） 李泓供图
混合固液电池是必要的过渡
1972年 ， Scrosati B.等首次报道了一种采用LiI为电解质的固态锂离子一次电池 ， 自此 ， 固态锂电池的研究拉开帷幕 。 随着固态技术的发展和产业化进程 ， 国内外固态电池公司如雨后春笋般涌现 。
“固态电池的负极材料可以是纳米硅和石墨的复合负极 ， 正极可以是锰酸锂、也可以是富锂锰基材料或者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300—450瓦时/公斤 。 ”陈立泉表示 。
前瞻产业研究院公布的《2020年中国固态电池行业研究报告》显示 ， 目前全球约有50多家制造企业、初创公司和高校科研院所致力于固态电池技术 ， 固态电池尚未实现大规模商业化 。
“近年来 ， 固态电池作为下一代动力电池的重要技术路线 ， 被寄予厚望 。 但总体而言 ， 固态电池在世界范围内尚处于研发阶段 ， 目前还没有企业展示综合性能以及成本都能与液态锂电池相媲美的大容量固态动力电池 。 ”李泓坦言 。
值得注意的是 ， “固态锂电池”和“全固态锂电池”的概念常被混淆 。 对此 ， 李泓解释道 ， 根据电解质的不同 ， 锂离子电池可以分为液态锂电池、混合固液锂电池和全固态锂电池三大类 。
实际上 ， 半固态锂电池、准固态锂电池、固态锂电池均属于“混合固液锂电池”范畴 ， 只是液体电解质与固体电解质比例不同 。
“全固态锂电池和混合固液锂电池的区别在于 ， 混合固液锂电池仍然含有一定量的液体电解质 ， 而全固态锂电池中只含有固态电解质 ， 不包含任何液体电解质 。 ”李泓说 。
在他看来 ， 理论上 ， 相较于混合固液锂电池 ， 全固态锂电池的最主要优点是更不容易发生热失控 ， 此外 ， 由于使用更高容量的负极和更高能量密度的正极 ， 能量密度有望实现更高的水平 。
同时 ， 李泓还指出 ， 由于全固态锂电池目前尚未完全解决循环过程中的固相界面接触问题以及体积膨胀问题 ， 材料体系、生产工艺、应用技术尚不成熟 ， 尚未形成供应链和充分验证 ， 短期内无法实现大规模量产 ， 预计还需要5年左右 。
在他看来 ， 市场对于高能量密度、本质安全、高充电速率、低成本的电池一直有持续改进的要求 ， “目前看 ， 混合固液动力电池是液态锂离子电池性能提升的重要可行的技术路径 。 ”
新路径 深根“固”本
“全固态锂电池是革命性技术 ， 未来十年是固态电池破壁的时期 。 ”物理所研究员黄学杰在第七届中国电动汽车百人会论坛上表示 。
然而 ， 从“液态”转向“固态”的每一步都十分艰难 。 “电解质是锂离子传输的重要媒介 ， 对电池的性能至关重要 。 传统锂电池的电解质是电解液 ， 电解液具有流动性 ， 可以充分浸润正负极材料表面 ， 因此易于与正负极活性材料保持良好接触 。 ”李泓解释道 。
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