鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1473次 | 2019年02月20日
儲(chǔ)能型固態(tài)鋰電池商業(yè)化需突破的技術(shù)瓶頸分析
儲(chǔ)能技術(shù)的能源革命的關(guān)鍵,儲(chǔ)能技術(shù)將是關(guān)鍵的支撐技術(shù),目前來看,涉及到移動(dòng)、智能、這幾個(gè)領(lǐng)域?qū)?huì)發(fā)生比較大的變化。
從整個(gè)電網(wǎng)儲(chǔ)能的角度來看,這里頭包括峰谷電的調(diào)節(jié),包括短的兩分鐘以內(nèi)的,中的兩分鐘到一小時(shí),長的以后是超過一個(gè)小時(shí)以上的儲(chǔ)能。大家可以看以下主要現(xiàn)在的儲(chǔ)能技術(shù),包括第一個(gè)是物理儲(chǔ)能,第二個(gè)和平儲(chǔ)能,物理儲(chǔ)能就是剛才邱老師講了很多,這些都是屬于物理儲(chǔ)能,像和平儲(chǔ)能,液態(tài)鋰離子,鉛酸、鈉離子這塊都可以歸納電能儲(chǔ)能。液態(tài)金屬電池專項(xiàng)和動(dòng)力電池T40的專項(xiàng),這是今年2018年基于國家的課題,2017年和2016年分別有相關(guān)專項(xiàng)的設(shè)置,國家對于儲(chǔ)能一直大力的推進(jìn)。
影響儲(chǔ)能大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用其他因素有哪些呢?我們分成12點(diǎn),總結(jié)以下,主要包括一個(gè)是采購成本,一個(gè)鍍電成本,安壽命、安全性、產(chǎn)業(yè)規(guī)模、客戶體驗(yàn)。2030年新能源汽車,發(fā)電裝機(jī)與電動(dòng)汽車的儲(chǔ)能規(guī)模從這兩張表里頭可以看到,這個(gè)是風(fēng)峰電和低電,我們希望電動(dòng)汽車在半白天的時(shí)候,我們可以協(xié)同形成一個(gè)協(xié)同發(fā)展的路線圖,電動(dòng)汽車白天我們可以使用,晚上我們可以用來充電,在這個(gè)調(diào)條件下我們可以實(shí)現(xiàn)有序的充電,對于汽車我來說我們希望作成智能化,從汽車上下來的電池,我們還可以進(jìn)入梯次利用,在這個(gè)過程當(dāng)中,我們的汽車要職進(jìn)行智能充電。我們形成協(xié)同發(fā)展的思路。
這里頭可以想想我們?yōu)槭裁窗l(fā)展動(dòng)態(tài)電池,我們需要對電池的發(fā)展進(jìn)行基于固態(tài)電池的開發(fā),鋰離子電池熱時(shí)空有哪些特征呢?我們大概有外部因素的總結(jié)和內(nèi)部因素的考慮,最終發(fā)生產(chǎn)熱的速率超過了散熱,導(dǎo)致電芯泄露、冒煙,以及爆炸等等情況。所以特征反應(yīng)是溫度,升溫的速率,采氣的速率,內(nèi)部壓力的變化。
不同溫度下液體電解質(zhì)鋰離子電池?zé)嵝袨槲覀冞M(jìn)行了分析。鋰離子電池電芯安全性改善的策略,從集合體,到負(fù)極側(cè),到隔膜,到正極,以及相關(guān)的正極結(jié)合體,我們做了相關(guān)策略,從目前來看還是有不少改進(jìn)的可能性。但是對于高低壓鎳錳酸的安全性,我們認(rèn)為在現(xiàn)有的條件下,可能還是需要做一些工作。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
力圖從本質(zhì)上解決液態(tài)電池電解質(zhì)鋰離子電池的安全性短版的技術(shù)發(fā)展路徑,技術(shù)思路,堅(jiān)固高能量和高安全策略的固態(tài)電池,希望固態(tài)電池能解決的問題,主要是幾個(gè)方面,一個(gè)是SEI膜的問題,鋁鉑腐蝕的問題,游離過渡金屬等等雜質(zhì)的問題。電解質(zhì)的電池進(jìn)行分類,液液態(tài)的電池,全固態(tài)的電池,固態(tài)電池被概念賦予了很多的期望。綜合性能指標(biāo)及安全性是否優(yōu)越,從目前來看固態(tài)電池通過數(shù)據(jù)進(jìn)行說話。如果我們把液態(tài)電池單純用固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行替代的話,液態(tài)電池有非常好的界面接觸的情況,固態(tài)電池相對來說比較困難,從其他的幾個(gè)方面來說固態(tài)電池有一定的優(yōu)勢。
世界范圍內(nèi)針對固態(tài)電池的公司,北美地區(qū)有針對PEO的聚合物的電池,日本這邊主要是以硫化物為主,目前到現(xiàn)在為止,目前還沒有企業(yè)艱巨高能能量密度,高安全性的大容量的鋰離子電池。這是固態(tài)電池按電解質(zhì)分類分成之中,聚合物的,包薄薄膜的,他們分別由不同的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)相關(guān)推進(jìn),目前來看,不同的電解質(zhì)它有優(yōu)點(diǎn),有缺點(diǎn)。全固態(tài)鋰離子電池及固態(tài)金屬鋰電池的種類,目前我按含鋰和不含鋰,如果我的負(fù)極要是含鋰的負(fù)極,對電解質(zhì)來說的話我不可以用,但是對于負(fù)極來說,我選擇的范圍更大。對于固態(tài)電池我們簡單的總結(jié)只有安全性能,能量密度,循環(huán)壽命顯著提高,成本及工藝特性接近于甚至優(yōu)于液態(tài)電池的時(shí)候,全固態(tài)電池的技術(shù)才有競爭力。從這張圖上大家可以看到,固態(tài)電解質(zhì)LLZO密度是5.07,只有基于高分子的PEO和TFI有0.93,如果單純把液態(tài)電池,電解液換成固態(tài)電解質(zhì),大家可以看,液態(tài)電池容量密度可以做到297,但是如果單純的替換固態(tài)電解質(zhì)的華,能量密度只有基于PEO的可以高于液態(tài)電池,其他的都要低的。
從大家這張圖上可以看到,空心的是鋰離子電池,紅的是體積比能量,藍(lán)的實(shí)的是重量比能量,還是非常有挑戰(zhàn)性的。這是國內(nèi)目前做固態(tài)電池的企業(yè)和單位。國外有Kanno教授已經(jīng)堅(jiān)持了37年,這個(gè)是針對電電解質(zhì)從不同的維度我們進(jìn)行了評價(jià)。這里頭有氧化物,有聚合物,有硫化物的。全固態(tài)鋰離子電池目前主要的瓶頸在哪里呢?所有的問題有可能在三年之內(nèi)找到解決方案,8年之內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)的可能性。這個(gè)是寧波材料所徐曉青團(tuán)隊(duì)作的基于固態(tài)電解質(zhì)的固態(tài)電池,他們目前在國內(nèi)做的比較好的團(tuán)隊(duì),這是白院長當(dāng)時(shí)參觀,這是他們初步的推進(jìn)計(jì)劃,這是青島能源所,他們剛?cè)岵舻碾娊赓|(zhì)在固態(tài)電池這一塊也作的非常好。中科院鼓物理所做了40年了,從研發(fā)經(jīng)歷角度看,這是中科院物理所基于混合固液電解質(zhì)的技術(shù),這是我們基于混合固液膜的土涂布的技術(shù)。這是全固態(tài)鋰離子電池,這是我們衛(wèi)藍(lán)公司,是物理所技術(shù)輸出的公司,這是我們的涂層隔膜,在PP,PE上如果涂量氧化鋁的河就是現(xiàn)在的涂層隔膜。但是現(xiàn)在的PP上畢竟他不是離子導(dǎo)電的材料。這個(gè)是固態(tài)電解質(zhì)報(bào)包覆的正極材料技術(shù)。這是耐高溫金屬鋰負(fù)極電解質(zhì)解決方案,通過改進(jìn)1號(hào)和2號(hào)比不處理的要好的多,在80度的條件下進(jìn)行循環(huán)。這是全固態(tài)鋰電池,這是開發(fā)進(jìn)展。這是我們利用材料基因組方法設(shè)計(jì)新型電解質(zhì)的材料,這個(gè)材料目前來看還是屬于比較前瞻的,可以同時(shí)提高穩(wěn)定性和離子電導(dǎo)率。這是預(yù)測的一個(gè)含鋰氧硫化物的電解質(zhì)材料。中科院武力所大數(shù)據(jù)技術(shù)幫助力新材料的研發(fā),在這塊做的挺好,我們專門有一個(gè)專業(yè)的團(tuán)隊(duì)做這個(gè)工作。這是我們的研發(fā)思路。
最后看一下儲(chǔ)能固態(tài)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化的路徑,固態(tài)鋰電池產(chǎn)業(yè)化路徑,從原材料,到電池材料,到固態(tài)電池到電池應(yīng)用到回收,統(tǒng)籌考慮,紅色字體表示可能與液態(tài)電池存在差異的地方。固態(tài)電池解決方案還是比較多的,也是從集流體到材料到界面等等。未來目前同步開發(fā)進(jìn)行原位固態(tài)化固態(tài)電池的研究。