如何提高電池的能量密度又保證電池的安全性能，在“我國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)論壇2016”上引發(fā)諸多與會(huì)嘉賓的熱議。我國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)常務(wù)副會(huì)長(zhǎng)董揚(yáng)表示，要盡快開展鋰離子電池提升工程，研發(fā)出單體能量密度350Wh/kg、系統(tǒng)能量密度250Wh/kg的電池。如何把動(dòng)力鋰離子電池的單體能量密度提升至300Wh/kg乃至更高同時(shí)不犧牲安全性，從目前的研究成果看，液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池有些力不從心。我國(guó)工程院院士陳立泉表示，全固態(tài)電池潛力巨大，可以達(dá)到500Wh/kg，有望成為新一代鋰離子電池。

■電池能量密度與安全性是矛盾體

提高電池能量密度的意義不言而喻，以北汽新能源EV200百公里能耗14KWh為例，假如單體電池能量密度達(dá)到300Wh/kg，一次充電續(xù)駛里程可以達(dá)到470公里，基本解決消費(fèi)者里程焦慮的困擾。另外，電池的安全性又關(guān)乎新能源汽車產(chǎn)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。工信部最近決定，鑒于三元材料鋰離子電池的安全性驗(yàn)證不足，暫停三元鋰離子電池客車列入新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄。

“以六氟磷酸鋰為電解質(zhì)的鋰離子電池的能量密度和安全性是一個(gè)此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，很難做到兩者同時(shí)大幅提高?！蔽覈?guó)電子科技集團(tuán)第十八研究所電池首席專家肖成偉告訴記者。一位不愿透露姓名的電池廠商高管告訴記者，整車公司在選擇電池類型的時(shí)候，往往采用權(quán)衡取舍的方法。乘用車采用能力密度更高的三元材料電池體系，商用車如大客車則采用安全性能更加有保證的磷酸鐵鋰離子電池體系。

這位業(yè)內(nèi)人士向記者透露，目前三元材料鋰離子電池單體還不能通過(guò)針刺試驗(yàn)。以圓柱型三元鋰離子電池為例，從任何方向進(jìn)行針刺試驗(yàn)，都會(huì)出現(xiàn)劇烈爆炸。假如電池單體成組，針刺實(shí)驗(yàn)會(huì)引發(fā)連鎖爆炸?！傲姿徼F鋰離子電池的安全性能相比三元鋰離子電池要好很多，針刺、擠壓、高空掉落試驗(yàn)，絕大多數(shù)只是冒煙，只有極少數(shù)情況起火。”

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■固態(tài)電池或?yàn)榧夹g(shù)方向

在兩相矛盾的窘境之下，下一代動(dòng)力鋰離子電池如何研發(fā)，很多與會(huì)嘉賓思考了這個(gè)問(wèn)題，陳立泉提出了自己的看法。他認(rèn)為，電池的關(guān)鍵在于成本、能量密度和安全性。當(dāng)前，將液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的能量密度提升至300~350Wh/kg，然后進(jìn)一步提高電池能量密度到500Wh/kg。達(dá)到與燃油車相當(dāng)?shù)乃?，只有全固態(tài)電池可以勝任，應(yīng)該盡快啟動(dòng)全固態(tài)電池的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化工作。

陳立泉表示，有三方面因素促使國(guó)內(nèi)研發(fā)全固態(tài)電池。首先，國(guó)內(nèi)電池整體水平至少落后日韓等國(guó)1~2年，繼續(xù)遵循日韓電池體系的研發(fā)路徑，只能越落越遠(yuǎn)，沒(méi)有超越的機(jī)會(huì)；第二，全固態(tài)電池采用固體電解質(zhì)，不會(huì)出現(xiàn)液態(tài)電解質(zhì)遇到高溫分解氧氣的情況，沒(méi)有著火爆炸的危險(xiǎn)；第三，全固態(tài)電池和目前電池技術(shù)體系相吻合，防止產(chǎn)業(yè)投資重復(fù)和失敗。陳立泉提出，采用材料基因組的方法，加快固態(tài)電池的研發(fā)速度，爭(zhēng)取盡快實(shí)現(xiàn)固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)化。

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全國(guó)政協(xié)常委、科技部電動(dòng)汽車重大項(xiàng)目總體專家組組長(zhǎng)、我國(guó)電動(dòng)汽車百人會(huì)執(zhí)行副理事長(zhǎng)、清華大學(xué)教授歐陽(yáng)明高表示，全固態(tài)電池是未來(lái)的發(fā)展方向之一，這種電池具備高能量密度和比較好的安全性，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化還要過(guò)程。我國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)電動(dòng)汽車分會(huì)主任陳全世同意歐陽(yáng)明高的觀點(diǎn)。他認(rèn)為，目前電池體系種類繁多，固態(tài)電池是其中之一，有一定的優(yōu)勢(shì)。

■應(yīng)用前景廣闊

全固態(tài)電池的電解質(zhì)為固態(tài)，在使用固態(tài)電解質(zhì)后，鋰離子電池的適用材料體系隨之發(fā)生改變?！爸匾囊稽c(diǎn)是可以不再使用嵌鋰的石墨負(fù)極，而是直接使用金屬鋰來(lái)做負(fù)極?！北本├砉ご髮W(xué)教授吳鋒說(shuō)，這樣可以明顯減輕負(fù)極材料的用量，使得整個(gè)電池的能量密度顯著提高。

在傳統(tǒng)鋰離子電池中，要使用隔膜和電解液，據(jù)計(jì)算，兩者占據(jù)電池近四成體積和1/4的重量。假如用固態(tài)電解質(zhì)取代，正負(fù)極之間的距離可以縮短到只有幾到十幾個(gè)微米，電池的厚度就能大大地降低。電池單體體積的減小，可以使單位體積內(nèi)放置更多的電池單體，達(dá)到新增續(xù)駛里程的目的。

“假如現(xiàn)在還不加快布局全固態(tài)鋰離子電池，將會(huì)錯(cuò)失發(fā)展時(shí)機(jī)。”陳立泉強(qiáng)調(diào)，現(xiàn)在新聞經(jīng)常報(bào)道國(guó)外鋰硫、鋰空電池的研究進(jìn)展，但其產(chǎn)業(yè)化難度更高。“固態(tài)鋰空電池可能是電化學(xué)儲(chǔ)能的最終選擇，假如業(yè)內(nèi)將全固態(tài)鋰離子電池問(wèn)題攻克了，再去做鋰硫、鋰空電池，相關(guān)技術(shù)難題會(huì)迎刃而解?！标惲⑷詈笳f(shuō)。