電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
固態電池三大技術路線， 歐美企業主要是偏向于氧化物和硫化物體系，日韓主要是聚合物電解質，三大體系的研發廠家在右邊。
（來源：微信公眾號“起點鋰電大數據” ID：weixin-lddsj ）
2019年11月18-20日，第5屆中國（寧鄉）新能源企業家年度峰會暨固態電池技術論壇上，中南大學、加拿大NRC國立學院教授張永柱作《電動車安全固態電池技術路線圖》主題演講。以下為演講實錄：
尊敬的各位來賓大家早上好，我今天要向大家匯報的題目是《電動車安全及固態電池技術路線圖》。
電動車經過十年的發展，取得了長足的進展，但是由于三大瓶頸制約了新能源汽車的發展，三大瓶頸就是安全焦慮、續航焦慮、充電焦慮，如何才能處理三大焦慮？將從以下七方面給大家做簡單的匯報。
1、安全電動車動力電池技術路線圖；2、固態鋰離子電池技術原理、固態電池分類。3、固態鋰離子電池核心技術材料、固態電解質；4、固態鋰離子電池產品特征及產業化現狀。5、固態鋰離子電池技術路線。6、固態鋰離子電池固態電池優點。7、將來國內外固態鋰離子電池研發概況。8、結論與展望。
我們目前在南京也在建車間，那么如何才能實現固態鋰離子電池的量產化，我們將討論技術路線，從總固態、半固態到全固態，此外也會討論固態鋰離子電池的使用，就是在汽車和非汽車范疇里面產業化使用狀況，尤其是全固態鋰離子電池產業化路線，展望國內外的研究狀況。
剛才談到了傳統液態鋰離子電池的安全焦慮，主要是因為“811”高能量密度材料使用之后，帶來了許多充電和行駛過程中的起火問題，主要是因為熱失控所導致的。其次就是續航焦慮和充電焦慮，為知道決這個能量密度和安全問題，我們從液態電解質，慢慢的過渡到混合固態電解質，最后實現全固態電解質的進展。通過這個技術革命，希望處理安全焦慮、續航焦慮、充電焦慮這三大問題。
能量密度的技術路線是目前產業界最關注的問題，就要怎么樣在2020年達到300Wh-kg，相應的技術路線從液態鋰離子電池向鈉硫技術發展。
正極材料選擇，主要是研究室的付教授著力于研究處理“811”體系，通過表面的包覆、參雜等方案。
標準化模塊的設計，這里面包括了固態電池，同時加快標準化體系的建設，以及考慮整車一體化的設計系統，包括固態鋰離子電池，同時也要處理充電的焦慮，惟有通過這四個方面的系統的考慮，才能夠有效的處理電動車的安全性、續航里程，以及充電方面的焦慮。
固態鋰離子電池技術原理，傳統液態鋰離子電池，右邊是固態鋰離子電池，傳統的鋰離子電池和固態鋰離子電池的差異，主要是電解質的差異，固態鋰離子電池關鍵材料包括固態電解質，活性物質，以及導電劑等等。固態鋰離子電池分類主要是分為液態、凝膠態，混合固液電解質，全固態，可以看到從液態到凝膠到混合電解質到全固態，液態含量是從25%逐步降到沒有任何液態殘留。
固態電池三大技術路線， 歐美企業主要是偏向于氧化物和硫化物體系，日韓主要是聚合物電解質，三大體系的研發廠家在右邊。
這三大技術路線在這個表總結了主要的體系以及導電能力和相應的研究方向，主要的核心是電解質材料決定了固態鋰離子電池的各項參數，功率密度、循環密度、循環使用效率。固態電解質主要是處理界面問題，導電性能比較差，導致了全固態電池產業化路程比較遙遠，很多工程化的問題有待處理。
聚合物固態鋰離子電池目前已經實現了產業化，在將來5到20年時間范圍內，會成為業內主要的量產化使用亮點。
主要通過疊片工藝來實現。氧化物的體系目前主要還是因為導電性能比較差。同樣硫化物體系，也是制作環境要求比較苛刻，所以商業化進程細節不多談了。
技術路線圖前面已經回顧了，使用市場主要是在汽車，軌道交通、軍用以及儲能各方面，在微電子和動力使用方面，能量都可以得到廣泛的使用。優點主要是實現了安全和續航里程性能的雙提升，這是我們在國外使用的場所，軌道交通和潛艇以及電動車，主要發展的技術是凝膠固態技術，通過疊片工藝，在安全設計方面做了大量工作，這樣才能保證系統是安全可靠的。優點也提了，主要是包括如下9個方面，安全性能和能量密度的提升，以及長的循環壽命和高低溫性能。
固態電池技術困境，剛才也提到，尤其對氧化物體系和硫化物體系，主要是導電率比較低，所以限制了廣泛使用，這樣也增加了很多課題，包括降低成本、量產化和工程化等等。
研發狀況方面，在全世界主要的一些研發機構，都在持續努力。輝能科技等等，很多企業的專利狀況良好。
將來固態電池的發展方向，準固態將會以聚合物符合電解質為主。目前實現了產業化使用，可以取代傳統液體電池；中長期看，十年之后可能是全固態，以氧化物、硫化物電解質為主，要處理導電率、成本、工程化使用的問題。能量密度，爭取明年實現準固態，2025年實現全固態的使用，能量密度通過高鎳正極，實現300Wh/kg以上。2030年通過燃料電池、空氣電池實現500Wh/kg。
原標題:中南大學、加拿大NRC國立學院教授張永柱：電動車安全固態電池技術路線圖
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