<th id="3focx"></th>
  • <button id="3focx"><object id="3focx"></object></button><dd id="3focx"></dd>
  • <form id="3focx"><strike id="3focx"></strike></form>
  •  

    李永偉:《混合固液固態電池的研發進展》

    發布日期:2021-07-19

    核心提示:7月7日,2021中國國際鋰電產業大會(簡稱金磚鋰電論壇)在上海汽車會展中心順利召開。本屆金磚鋰電會議為期兩天,主題為以新技術
    微信圖片_20210716174732
    7月7日,2021中國國際鋰電產業大會(簡稱金磚鋰電論壇)在上海汽車會展中心順利召開。本屆金磚鋰電會議為期兩天,主題為以“新技術、新應用、新發展”為主題,采用“會議論壇+展覽展示+體驗營銷”三位一體的創新模式,多項重點活動同期同地舉辦,充分協同聯動,品牌效應和影響力大幅提升。
     
    北京衛藍新能源科技有限公司副總經理-李永偉出席論壇并發表主題演講——《混合固液固態電池的研發進展》。
     
    微信圖片_20210719175202

    以下為演講實錄:
        李永偉:各位嘉賓、各位專家,大家好,我是來自衛藍新能源的李永偉,非常感謝組委會給我們這個機會來分享衛藍新能源在固液混合固態電池方面的研發進展。主要有三方面的內容:
        1、固態電池的技術需求與發展。
        2、衛藍新能源固液混合固態電池技術發展。
        3、固態電池技術與產業發展的展望。   
        二十多年以來,鋰離子電池在技術、產業、關鍵材料等方面都已經有了飛速的發展,電池的能量密度越來越高,也展現出非常大的發展空間。剛才張院士、許秘書長都談到電池安全性的問題,在這里面如何提升能量密度的同時,還能達到實際應用的安全性,我想這是大家需要共同面臨的問題。
        從電池的熱失控過程中來看,包括SEI的分解、電極正極和負極與電解液的相互作用,等等,都是導致熱失控關鍵的因素,如何針對性的改善,也是導入固態電解質的重要原因。
        從目前的技術進展來看,固態電池體系有可能在保證安全的情況下,取得高能量密度,甚至高倍率、長壽命的指標。
        液態電池近年來隨著技術的發展,也做了大量的提升工作,前面存在的問題以及采取一系列的措施,能對電池的安全性有了很大的提升。同時繼續提升電池能量的密度,從300Wh/kg往400wh/kg、500Wh/kg,甚至更高能量密度走的時候,電解液體系、電池體系是不是能匹配更高比容量的負極材料,是不是能耐受更高的電壓,是不是不發生熱失控,這些關鍵的問題需要依賴于固態電池技術來解決。
        基于固態電池有可能開發出本質安全的固態電池體系,同時結合電池技術的集成,進一步提高在新能源汽車動力電池、儲能系統等方面的廣泛應用。
        當然固態電池在發展過程中也還有非常多的問題需要面對、需要解決,我們僅僅從固-固界面的接觸來看,跟正極、負極、電解液、電極的設計、電池的設計都密切相關。
        從行業近期的發展來看,固態電池發展主要有三個大的分區,國內包括衛藍、鋒鋰等,包括其他國內的電池單位,大家主要集中在氧化物與聚合物復合的固液混合固態電池以及全固態電池方向。
        以日本豐田公司為代表的硫化物方向,他們在推動硫化物的全固態電池;美洲公司主要在基于金屬鋰負極的固態鋰電池的方向在發展。
        尤其是今年以來,從年初蔚來公司計劃推出可續駛1000公里、360瓦時/公斤的固態電池,開始引爆固態電池在行業里的應用,也大大促進了固態電池的研發和發展,從近期看,不管是日本、美國,還是寶馬、福特都在推動技術和產業發展的快速進步。
        衛藍新能源是承接中科院物理所陳立泉院士和李泓研究員等團隊在鋰離子電池方面四十多年的研究基礎和固態電池技術。尤其是近年來,包括天目湖先進儲能技術研究院、中科海鈉、衛藍新能源等等,我們圍繞著固態電池基礎原理、基礎技術、基礎材料、工程化和產業化方面都在推動。
        在關鍵材料方面,包括改性電極材料、固態電解質,以及材料設計、固態電池的技術,都在開展深入的工作。衛藍新能源公司2016年8月成立,這里中間是北京的總部和研發基地,目前正在建設,北京有將近300多人的隊伍,其中200多人做固態電池的基礎材料、固態電池產品研發,以及工程化的工作。
        左邊是在江蘇溧陽已經建成2億瓦時固態電池的示范生產線,右邊是正在建的新的2GWh生產線,這個生產線將主要制造350-360瓦時/公斤的動力電池。
        圍繞固態電池的解決方案,我們主要是從正極的修飾、負極改性硅碳的復合,圍繞著固態電解質膜、聚合物、多功能涂層的技術展開技術的開發和產品開發,核心的理念主要是通過注液,把電解質與電極材料形成良好的接觸,通過化學或電化學方法原位固化形成良好的界面,綜合平衡高電壓、安全性、體積膨脹等問題,來保證電池有很好的使用壽命。
        這是我們目前在用的一些關鍵技術,包括原位固態化技術、正極表面的納米電解質包覆技術,對于硅碳、氧化亞硅這樣的硅基負極材料、復合金屬鋰材料如何改善材料及電極的膨脹,以及納米固態電解質、納米離子導電膜等等技術來支撐產品的開發。
        從固態電池的開發策略,要綜合考慮到正負極的活性材料、電解質以及電芯方面的設計。
        從材料的特性來看,我們現有的正極材料,應該還有比較大的發展空間,尤其是在三元材料、富鋰材料方面發展空間比較大,這些材料的比容量,本身的特性具備了,能不能在電池上得到發揮,要通過電池設計和面向應用場景改善實現。
        負極目前看到像氧化亞硅、硅基材料,以及與金屬鋰的復合有非常大的空間,這些活性材料是未來提高能量密度的基礎。
        從現有的固態電解質材料來看,需要高離子導電率、低電子導電率、高離子遷移數、寬電化學寬口,以及高熱穩定性和化學穩定性,還有良好的機械性能。
        從現有的固態電解質特性來看,目前還沒有哪種材料能夠很好地滿足,但是現有的材料展現出比較好的特點,這方面可以通過多種固態電池的混合,以及跟正負極的匹配達到這樣的目標。
        這是我們主要的開發路線,通過混合固液電解質,在電極表面包覆固體電解質,形成電極的改性。隔膜或電極中添加固體電解質,通過化學或電化學方法部分或者全部轉化為固態的混合固液電池和全固態電池。
        為什么這么做?基于現在材料的水平,比較好地能夠兼容現有的工藝、裝備,兼容現有的材料,可實現快速的量產轉化。
        這是我們在正極方面的電極改性,左邊是通過液態包覆的辦法,右邊是固態的包覆辦法。通過液態包覆的情況下,我們也開發了LATP包覆LCO的體系,這里面PEO也表現出來可以在3-4.2V良好的循環;固態LATP包覆LCO體系可以實現3-4.6V比較好的循環特性。
        在隔膜或電極中添加固體電解質,不光改善了硅碳負極的特性,同時也有利于在負極界面形成良好的、穩定負極界面,減少電解液損耗,這在技術上給了我們支持,在貧液的情況下,電池也能保有很好的循環特性。
        在電極層面和電池層面,右邊的圖是我們在電池里經過化成之后,電池表面形成了原位固態化的界面,這個界面對于電池的構建連續的離子通道,形成穩定的低阻抗固固界面是很好的支持。
        從固態電解質的選擇上,不光要選擇固態電解質本身,也要同時考慮到與正負極材料的匹配和相互作用,它的安全性、穩定性到底怎么樣,要從體系角度進行考慮。
        下面是液態電池的熱穩定性,從結果看,無論是與聚合物,還是氧化物,它的安全特性都得到較大幅度的提升。
        這是我們開發的電池,從下面這張圖可以看到,經過PEO加進去之后,跟電池的特性比較,有和沒有,它的熱失控以及產熱方面發生了很大的變化。
        從材料本身,我們也對它的熱特性進行了分析,包括電化學的匹配來講,LLTO、LLZO表現了比較好的應用特性。
        這是通過原位生長SEI膜改善電池的固-固界面,而通過SEI的添加劑可以在界面上形成良好的SEI,對電池穩定性可以發揮良好的作用。
        這是在正極表面改性的工作,我們可以看到它的循環特性得到了大幅度的提升。固態電解質膜上可以誘導SEI膜的產生,提高負極側界面的穩定性,這是實驗的結果。
        綜合來看,我們在固態電解質的技術、原位固態化技術、復合金屬鋰技術、材料改性方面,形成了目前固液混合固態電池技術方面的重要技術支撐。
        這是我們開發的本質安全電池,怎么定義本質安全?我們認為在濫用情況下,電池可以失效,但是不能著火,不能發生不可控的安全風險。我們可以看到電池保有良好的循環特性和倍率特性,預測在磷酸鐵鋰固態電池常溫壽命可以達到6000次,高溫循環可以達到超過2000次。
        再來看大家做得比較多的針刺、擠壓,重物沖擊也可以很好地通過,沒有發生著火的情況。
    更重要的是在模擬應用失效較多的場景下,例如在高溫環境下,200度的熱箱里放6個小時不會發生著火的問題。
    通過連續1C過充,達到50V的情況下,還可以保有很好的安全性,可能發生冒煙,但是不會著火。
        在極端加熱的情況下,譬如加熱片達到600多℃,電池發生了冒煙,但是沒有著火。
        同時我們開發的已經得到應用的無人機動力電池,能量密度達到270Wh/kg,特別是它的倍率特性可以達到3-7C的連續放電,電池循環壽命在常溫下可以達到2500次循環以上。
        這是我們開發的300Wh/kg的汽車用固態動力電池,這個電池的循環壽命在常溫下可以達到1200次,高溫可以達到超過1000次的循環壽命。
        同時我們開發了更高能量密度的電池,可以很好地通過針刺有比較好的循環壽命,包括500瓦時/公斤、600瓦時/公斤電池,可以實現小批量試制和在特種領域里得到應用。
        從電池開發的目標上衛藍新能源定義為1100:1-高能量,未來能夠支持1000公里的續駛里程。1-長壽命達到100萬公里的續駛里程。0-超安全,達到本質安全的成本。0-低成本,是希望通過技術和產業的發展,把電池的成本總體控制在跟現在液態電池相當的水平。
        從衛藍近期的目標,高能量型主要面向大于350瓦時/公斤,系統能量密度達到260瓦時/公斤的固液混合的固態電池。
        同時我們在開發達到3C快充的高功率型固態電池開發,另外在儲能方面和特種應用方面,開發本質安全的電池,未來支撐1000公里續駛里程和儲能產業的發展。
        從整體發展來講,這是我們主要在材料體系上的選擇,正極選擇高鎳三元和富鋰材料。本質安全電池主要基于磷酸鐵鋰。中科海納正在推進鈉鋰子固態電池的開發。
        這是總結近期發展的趨勢,動力電池近期目標是實現300-350Wh/kg,從滿足1000公里的續駛里程來看,350瓦時/公斤以及系統集成可以滿足。新材料將推動更高能量密度固態電池的開發,安全性和綜合性能需要平衡,這里面還需要做大量的工作。
        這是我們目前公司正在推進的技術路線,這條技術路線從2016年、2017年制定下來,基本上是按照這樣的技術路線整體在推進。
        從未來的發展來講,不光是能量密度,高安全、長壽命、低成本,以及未來其他環境需要的高倍率、寬溫度區間,綜合的性能指標,以及產業層面上高質量、高的制造速度、高的產品一致性,未來也是對固態電池在現有的液態電池基礎上進一步達到統一的發展目標。
        往下一步看的話,固態電池構建產業鏈,我們需要從原材料、電池、應用終端,包括回收方面開展整體的推進工作。
        這里面關鍵的下一代電池材料,包括高鎳正極、富鋰材料、納米硅碳負極,以及鋰復合負極、負極技術、濕法、干法電極、粘結劑、制造工藝等等,這些都是下一步發展的關鍵工作。
        制造層面上,新型智能制造工廠、工業4.0制造體系的引入也是面向固態電池產業階段的發展明確提出來的,我們在建造新生產線的時候,也是按照這樣的標準規劃和建設。
        從下一步的發展預測,衛藍本身的發展階段來看,混合動力在明年逐步形成規模的生產,在儲能方面、本質安全的電池方面已經開始做這樣的布局。
        在全固態電池方面,有可能在國家安全、特種應用方面率先走起來,因為基于成本方面的考慮,對于儲能和動力,我們相信在未來3-4年左右的時間里會逐步導入到產業里。
        另外像固態鈉鋰子電池,目前中科院團隊也在推進這方面的工作。
    相信未來十年,固態電池一定會為這個行業做出它的貢獻,也會帶來這個產業快速的發展,我的報告到此結束,請大家指導!謝謝大家!

     
    [ 新聞搜索 ]  [ 加入收藏 ]  [ 告訴好友 ]  [ 打印本文 ]  [ 違規舉報 ]  [ 關閉窗口 ]

     
    0條 [查看全部]  相關評論


    網站首頁 | 關于我們 | 聯系方式 | 使用協議 | 版權隱私 | 網站地圖 | 排名推廣 | 廣告服務 | 網站留言 | RSS訂閱 | 滬ICP備16055099號-3

    第一鋰電網 版權所有 © 2016-2018 咨詢熱線:021-6117 0511  郵箱:heli@heliexpo.com.cn 在線溝通:

    本網中文域名:第一鋰電網.中國本站網絡實名:第一鋰電網-中國最專業的鋰電池行業信息網站