北京理工大学孙立清:固态电池的研发需从材料、结构双向入手
目前固态电池技术究竟处于什么阶段?产业链各环节进展如何?市场商用达到了什么样的规模?等问题受到业内外人士的广泛关注。
在此背景下,2024年11月14日,由OFweek维科网、维科网·锂电举办的OFweek 2024固态电池技术线上研讨会成功举办。
在线直播期间,北京理工大学机械与车辆学院副教授孙立清发表了《固态电池发展现状与未来趋势》的主题演讲。
孙立清表示,全固态电池被认为是下一代电池技术的首选方案之一,具有高安全性、高能量密度、高功率和温度适应性等特点。
今年5月29日,据中国日报从多方独家信源获悉,中国或将投入约60亿元用于全固态电池研发,鼓励有条件的企业对全固态电池相关技术开展研发,包括宁德时代、比亚迪、一汽、上汽、卫蓝新能源和吉利共六家企业或获得政府基础研发支持。该项目经过严格筛选后,最后具体分为七大项目,聚焦聚合物和硫化物等不同技术路线。
孙立清称,从支持力度上来看,国家对全固态电池的支持较大,除了政府牵头的60亿元研发资金外,加上企业配套资金和外部资本投入,有望更快推进全固态电池的研发,促进新能源汽车产业的升级和发展。
在电池的创新发展上,从2019年蜂巢能源的叠片电池开始,电池结构的创新进步最快。但仅仅结构创新是不够的,需要从材料、结构双向入手。
孙立清表示,人类的文明进步,技术突破,每次都是伴随着“材料学”突破开始的。在固态电池的研发方面,要提高固态电解质的导电性,以便满足快速充放电的条件,同时要保证固态电解质和电极之间导电时的稳定性。
针对固态电池的界面问题,孙立清主要介绍了两种界面技术。
一是采用非生产性造膜界面电解质成膜技术。这种技术是目前世界一流电池企业和世界各国高校、科研机构研究的方向。这种技术具有高度稳定的电化学界面,能降低界面阻力;没有液态电解液出现,不受温度时间影响,热稳定性好,能提高电池的安全性,且形成的是一体化的界面膜,彻底解决了电解质界面膜的相容性、稳定性和离子导电性问题,也解决了界面粘弹性、相容性、稳定性、离子导电性等问题。
二是采用一种新的自然界面工程物质。该物质是白色,密度3.8-6.0g/ml(25度),具有层状化工物,化学稳定性较高,层状结构稳定,有较大的比表面积(物体所具有的表面积),表面电荷密度大(单位表面积上的电荷数),与有效化学反应物融合后具有离子交换功能,固体酸性;不溶于水和有机溶剂;能耐较强的酸和一定的碱度;界面稳定性和机械强度很高(振动环境下材料受到外力作用时,单位面积所承受的最大负荷)。
展望未来,孙立清最后总结道,老一代材料已经到后时代,新一代的材料变革已经来临,单纯的电化学电池或许该画上句号,物理和化学融合的新材料电池将是新发展趋势,量子电池已经进入视野,高能电芯电池也已经进入了资本市场,更高能量密度的物理电池也已经进入视野,行业必将迎来重新洗牌。唯有重视材料、重视材料技术、重视材料产业,才能发展好新能源产业。
对于未来的全固态电解质,孙立清认为,应该具备以下特点:
1、在空气中稳定存在,不会与空气有任何反应;
2、不采用任何贵重元素,价格便宜且100%可回收;
3、2mm厚即可阻断枝晶的穿透,电池不会出现内短路和失控;
4、有电压导电窗口,外电路不接通和满足条件无法充放电;
5、离子电导率20+西门子/米;
6、电池未充放电时电解质(界面))表面不导电;
7、pack时无需(均匀)压缩和考虑膨胀/收缩问题;
8、无需润湿剂/湿润剂;
9、含有锂元素可大幅提高能量密度至1280wh/kg-3000wh/kg;
10、全固态电池成本可控在0.30-0.40元/ wh以内;
11、全固态电池能量/功率界限模糊,可10-20-100-200C工作;
12、耐低温-200摄氏度以下,耐高温300以上可稳定工作;
13、电池单体/模组/pack可穿“电磁屏蔽衣物”;
14、体积小,体积能量密度高;
15、不需要泄压阀;
16、电池管理系统简单,SOX判断容易;
17、长寿命,可10-20年以上;
18、基本无自放电;
19、适合大尺寸全极耳软包;
20、双面干法正负极片叠片生产,设备投入不超过1亿/GWh。
注:本文为发言整理,未经本人审核
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