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最近中日美三國政府提出的動力電池的發(fā)展目標，從技術(shù)的指標上，核心指標是能量密度，越提越高，從300瓦時每公斤，一直到500瓦時每公斤，包括美國DOE還有中國的重點專項，納米材料、基因組都提出了很高的指標要求。

怎么樣實現(xiàn)這些超高能量密度的指標，同時還要兼顧動力電池使用時的安全性、壽命、成本，這是擺在很多研發(fā)人員面前的問題。

從技術(shù)分析的角度，目前主要的動力電池還是正極材料匹配人造石墨這一類的負極材料，接下來提高能量密度，很可能要把硅負極引入，體積膨脹是很難解決的問題，接下來是把硅負極用金屬鋰替代，1972年研發(fā)到現(xiàn)在，歷時50多年，有非常多的挑戰(zhàn)，關(guān)鍵的幾個問題是目前大多數(shù)的研發(fā)還是在有機的溶劑中，在有機溶劑中第一個問題是它不像石墨負極鋰進和出，是非均勻的析出。第二是自發(fā)和電解液發(fā)生反映，體積變化也比較大。逐步導致鋰離子電池VCR膜也不能穩(wěn)定存在，安全性、自放電等方面還不能滿足需求，非常多的企業(yè)和研發(fā)團隊把希望寄托在全固態(tài)鋰電方面。固態(tài)電池和業(yè)態(tài)電池在微觀上也是三層結(jié)構(gòu)，只是把現(xiàn)在的隔膜電解液替換為固態(tài)電解質(zhì)，這是典型的照片，沒有太本質(zhì)的區(qū)別，核心是有可能負極使用了金屬鋰，在這種情況下，在正極這一側(cè)，原來的液體可以充分浸潤正極顆粒，在正極側(cè)接觸，這是難度非常大的。從大家預期的優(yōu)點上，如果使用了金屬鋰，現(xiàn)在容易燃燒和爆炸的液態(tài)電解質(zhì)，另外使用壽命等等都會延長，模塊配置等都是大家期望的，在實踐中這些數(shù)據(jù)有待進一步的檢驗，在2007年的時候，日本的NEDO在2008年公布了這樣的路線圖，在他們看來在遠期的2030年，很多的電池形態(tài)是以全固態(tài)形式出現(xiàn)，包括金屬鋰、鋰硫和鋰空氣電池，這些路線在不斷修改中，但是大體是提高安全性的策略，就是固態(tài)化。

2016年，美國APER的兩千萬美元的項目，全部支持各類固體電解質(zhì)的開發(fā)，以及固體電解質(zhì)的制造技術(shù)，現(xiàn)在在中國，在過去兩三年的推動下，從事固態(tài)電池開發(fā)的團隊非常多，展示的單位不多，具備能力開發(fā)的小團隊，從南到北非常多的研發(fā)團隊為主，企業(yè)包括寧德時代新能源，蘇州新陶還有珈偉股份等，我不一一介紹了。

目前總體而言，全固態(tài)鋰電池開發(fā)面臨四個挑戰(zhàn)，一個是在電極層面，怎么樣滿足正負極課題和固體電解質(zhì)的離子傳輸，特別是循環(huán)過程中，第二是循環(huán)過程中正負極材料不能像液體那樣保持非常好的接觸。還有金屬鋰電極的體積變化還有鋰固體的變化。

2013年中科院決定采取納米先導專項提出要做長續(xù)航的動力電池，通過提升能量密度來延長電動汽車的續(xù)駛里程，提出了300瓦時每公斤的指標，跟現(xiàn)在國家的任務(wù)是一致的。在這里包括第三代鋰離子電池技術(shù)，包括現(xiàn)一代度固態(tài)電池，鋰硫和鋰空電池，包括12家科研單位，24個PI，400人，一直在動態(tài)的管理中。

整個先導項目取得的進展，在樣品的層面研制了一些高能量密度的鋰離子、鋰空、鋰硫，還打造了高水平的診斷分析平臺，金屬鋰表面引入無機的磷酸鋰做這個事情，提高它的穩(wěn)定性，這是由化學所的郭博士做的。他們最近開發(fā)了聚醚丙烯酸脂這是一個非常重要的突破。

在材料方面，寧波材料所、上硅所為代表的團隊，已經(jīng)開發(fā)了一系列的氧化物和硫化物的粉體、陶瓷片以及融性膜，已經(jīng)達到了幾十公斤級一個批次的水平，已經(jīng)開始對社會提供樣品和供貨。在這個基礎(chǔ)之上，寧波材料所的一個團隊研發(fā)了氧化物的小容量的全固態(tài)進入鋰電池，火烤的條件下還能工作，但是把它放大還需要進一步的材料的設(shè)計，目前還有一些困難。

作為一個過渡的技術(shù)，現(xiàn)在還有一種把固體電解質(zhì)和液體電解質(zhì)混合在一起的，含有少量的固體電解質(zhì)的，混合固液電解質(zhì)，嚴格意義上講，只要含有液體就不是全固體的電解質(zhì)，室溫可以滿足，同時在80度高溫下也能滿足要求，將來實現(xiàn)在PEC設(shè)計上也能滿足。

也通過了氣研中心的研究報告，這些電池也通過了汽研中心的安全性測試，有一份完整的測試報告，這是其中一個細節(jié)。全固態(tài)鋰硫也進行了開發(fā)，現(xiàn)在的穩(wěn)定性也達到了非常好的水平。

另外聚合物按PPC/LLZO聚合物無機符合電解質(zhì)體系，這個膜現(xiàn)在大面積應(yīng)用，用這個膜做的產(chǎn)品，目前最新的水平，匹配811的正極，能量密度達到300瓦時每公斤，還做了深海，最近做了8000米和11000米的艙，體現(xiàn)了獨特的耐壓的優(yōu)勢。上海硅酸鹽所一直在開發(fā)這個材料，從電導來講也達到了世界先進水平，開發(fā)了磷酸鐵錳，目前這個達到了世界先進水平。物理所陳老師在1976年開始做淡化率，到今年是40年研究固態(tài)電池，我們在這個過程中陸續(xù)開發(fā)了一些無機材料和聚合物電解質(zhì)以及一些基礎(chǔ)研究。過去四年提出了一種新的方案，就是利用現(xiàn)有的電池的裝備，然后通過原位把液體固態(tài)化的技術(shù)，來實現(xiàn)一種固態(tài)電池的設(shè)計。目前用金屬鋰做負極，也得到了10安時的單體，這個是與寧德時代新能源合作的一個結(jié)果。

通過這個第三方測試，目前初步研究的結(jié)果能量密度可以做到390瓦時每公斤最高水平，這個可以繼續(xù)發(fā)展，因為正極材料150安時每克，60度和90度之間還可以正常工作，這是我們發(fā)展的方向。應(yīng)化所還開發(fā)了一種防水的固態(tài)鋰空氣電池，放在水里面照樣能工作，將來適合于柔性的固態(tài)鋰空氣電池，這是紙狀折疊的，把它編制在衣服上，能夠進行工作和發(fā)電，最近剛發(fā)表在先進材料上面，這是在這方面的一些研究進展。

總體來說，我們長遠考慮，從提高安全性追求全固態(tài)金屬鋰，逐漸增加固體電解質(zhì)，和負極中的鋰含量，這是新的體系。目前科學院正在這方面做進一步的開發(fā)，從少量液體一直到全固態(tài)陸續(xù)研究這個事情，主要是想兼顧全固態(tài)鋰電池的優(yōu)點和液態(tài)鋰電池的優(yōu)點，希望能夠取長補短，逐步改善現(xiàn)有電池的技術(shù)。

我們初步的預期，除了PU已經(jīng)在美國商業(yè)化以外，其它的電池最早在2020年實現(xiàn)小批量的量產(chǎn)，以后隨著技術(shù)的進步，逐漸進入這個市場，當然首先滿足其它領(lǐng)域的應(yīng)用，其它指標達標以后，進入動力電池的領(lǐng)域，那會更晚一些。

全固態(tài)電池2020年到2025年首批進入這個市場，這是預期。在這個過程中，有很多的基礎(chǔ)科研問題和科研技術(shù)仍然要突破，現(xiàn)在只是展示了一個希望，從綜合指標上看，還遠遠不能滿足動力電池的技術(shù)，我們希望一步步往前走，逐步改善現(xiàn)有鋰電池兼顧能量密度和安全性方面的挑戰(zhàn)。