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    中科院院士欧阳明高:跨越创新周期 迎接国际新一轮动力电池技术之争

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    精神小伙

      在汽车产业链领域,被业内公认为“下一代电池技术”的固态电池,因具有更高的安全性、更长的循环寿命、更高的能量密度、高功率特性以及更强的温度适应性等优点,正在快速“升温”,形成多方竞逐博弈的趋势。

      “现在行业内已经形成共识,全固态电池是公认的下一代电池的首选方案之一,被列入中国、美国、日韩等主要国家的发展战略,成为下一代电池技术竞争的关键制高点。”近日,在中国全固态电池创新发展高峰论坛举行期间,中国科学院院士、清华大学教授欧阳明高在接受《中国经营报》等媒体记者专访时表示,全固态电池有可能在2030年左右实现产业化。

      在目前主流的液态锂电池体系中,我国在全球动力电池产业版图上占据举足轻重的地位,全球排名前十的动力电池企业有六家来自中国。美国、欧盟、日韩等国家和地区想要争夺对动力电池的话语权,意图从全固态电池切口进入,实现换道超车。其中,日本更是举全国之力推动全固态电池的商业化,已形成官-产-学联盟,丰田、本田、日产汽车等日系车企已在全固态电池方面进行深度布局。

      相较于日韩等企业在全固态电池领域的深耕积淀,我国进入固态电池赛道的时间更晚,而且主要是以科研机构和院校为支撑,产业化的进程更慢。

      欧阳明高认为,目前动力电池产业已经迎来新一轮材料创新周期,我国需要跨越创新周期,迎接国际新一轮动力电池技术之争。

      风口上的全固态电池:鲜花与荆棘并存

      现阶段,行业内正在大规模运用的动力电池为液态锂离子电池,它存在一定的热失控风险,有着里程焦虑,并且已接近能量密度上限,因此行业希望构建新一代动力电池。全固态电池被认为是满足要求最好的选择之一,是未来锂电的理想形态。

      液态锂离子电池主要由正极、负极、电解液和隔膜组成。在固态电池中,固态电解质替代了电解液。固态电解质是实现高安全性、能量密度、循环寿命性能的关键。

      固态电池并不是一个新事物,早在2008年左右,便已有汽车领域内的企业着手对全固态电池进行研发。

      若按照电解质形态来划分,动力电池主要可分为液态电池、半固态电池以及全固态电池。在全球范围内,下一代电池技术的竞争制高点主要集中在全固态电池技术领域,其中硫化物电解质占据重要地位。

      “近10年来,以硫化物固态电解质为代表的新型固态电解质发展迅猛,离子电导率赶上甚至超过液态电解质,推动固态电池研发进入新一轮热潮。”欧阳明高说道。

      安全被认为全固态电池最主要的优势。欧阳明高认为,全固态电池具有技术颠覆的性能潜力,具备高安全性。“液态与固态电解质的差别在于,硫化物固态电解质的热稳定性可以保持到300℃,而液态电解质达到100℃就会蒸发,因此全固态电池增加了200℃的安全空间,使得动力电池在正常的工作环境中有着更高的安全保障。”

      此外,全固态电池在充电速度、温度适应性等方面亦表现突出。

      “当前,主流的液态锂离子电池的离子传导模式为运载模式,需要经过溶剂化、脱溶剂化等流程,通俗来讲就是离子在液态电解质中移动需要‘坐船’。然而,锂离子在固态电解质中是跳跃模式,它的传递速率更高,这就使其充电速度可以大幅度提高,这就是它的高功率特性。”欧阳明高表示,全固态电池具备的快充特性与当前行业内所提及的快充并不相同,目前电动汽车充电速度如果太快就会发生“析锂”现象,但全固态电池有望解决这一问题。

      在欧阳明高看来,全固态电池还具有较强的温度适应性。“现有的液态锂离子电池在低温环境下的续航里程不理想,因为液态电解质的锂离子电导率和温度直接相关。然而,全固态电池的电解质在-30℃和100℃的范围内都不会凝固和气化,所以有着很好的温度适应性,不需要进行很复杂的热管理,也不会因为冬季气温低其容量就大幅下降。”

      综合种种优势,欧阳明高认为,全固态电池是动力电池的重要发展方向之一。

      不过,“理想很丰满,现实却很骨感”,全固态电池发展前景广阔。但在产业化方面,全固态电池还有许多问题没有解决,距离量产仍需要很长时间。

      记者注意到,目前在行业内企业公布的全固态电池产业路线图中,产业化时间基本上集中在2027—2030年。

      欧阳明高认为,衡量全固态电池产业化的标准应当是这类电池的市场份额至少达到1%。“就算全固态电池在2030年实现产业化,它要想替代液态锂离子电池50%的市场份额也需要20—30年时间。不过,我们要看到,电动车现在也就只替代了(燃油车)30%的市场份额,其他国家就已经惊呼中国品牌的车要领先了。这说明,市场份额不需要达到50%,达到1%就已经是一种预警了。对于汽车技术而言,1%是很重要的市场份额,全固态电池(对原有电池技术)替代1%就已经具有突破性意义。”

      呼吁警惕“颠覆性风险”

      全固态电池发展前景广阔,围绕着全固态电池技术的商业化落地,一场全球化竞争已不可避免。

      “中国要不要发展全固态电池?中国是目前液态锂离子电池的领先国家,好像也不用担心。但是,需要注意的是,现在我们已经走到了新一轮材料创新周期。”欧阳明高认为,我国动力电池产业面临国内外竞争加剧的现状,需要居安思危,向低碳化、智能化、固态化方向发展。

      在欧阳明高看来,中国全固态电池的研发目前来看存在认识还不统一、力量比较分散、产学研不协调等问题,需要联合起来建立协同创新平台,共同突破全固态电池产业化的关键技术。

      与此同时,中国发展全固态电池还面临产业链挑战。“中国拥有全球最强大的动力电池产业链,如果我们现在发力全固态电池将面临以下情况:从原料及基材生产、电芯及电池包装配、电池生产应用到电池回收,全固态电池将对现有电池全生命周期产业链造成巨大冲击。”欧阳明高说道。

      全固态电池技术有不同技术路线,且各有利弊,国际上多以硫化物全固态电池为主要技术路线。而在中国,当前固态电池技术路线呈现多元化发展趋势,半固态电池、全固态电池均有布局,发展重点是半固态(固/液混合)电池。

      “我国对固/液混合电池布局早,产业链完整,各企业正在尝试装车。”欧阳明高强调,从行业全局看,我们既要发展渐近性半固态技术路线,又要防范激进型全固态技术路线带来的颠覆性风险。

      欧阳明高认为,目前全固态电池国内外专利布局差距较大,我国急需加强研发力度。“现阶段,日本企业专利布局领先,全固态电池专利申请前5名企业有4家日本企业和1家韩国企业,丰田排名第一,申请专利1000项以上。我国近5年专利布局加速,各家企业在全固态电池方面开始加大投入,但与领先企业相比仍有较大差距,需要加大力度。”

      记者注意到,中国电动汽车百人会理事长陈清泰在同一场论坛上谈到,10多年来,我国在新能源汽车领域一直处于全球领先地位,其中一个重要的原因是,我国储能电池技术和产业方面处于领先地位。换言之,没有电池方面的领先地位就不可能有新能源汽车的领先地位。

      欧阳明高认为,未来我国的动力电池产业既需要低成本产品,又需要高比能产品,需要两头发力。在高比能电池方面,他认为2030年左右全固态电池产业化突破的可能性极大,行业各方应全力以赴,共同推动中国电池产业的高质量发展,形成持续引领全球电池行业之势。

      “面对未来,我们既不要过于焦虑,也不要过于乐观,我们需要用科学严谨的态度去对待全固态电池。具体而言,我们首先要做的是广泛地进行交流。其次,要多做一些基础的研究,积聚产学研的力量共同来推动,联合起来就能形成一股力量。最后,我们要加强产业协作。现阶段,要发展全固态电池,就意味着我们的产业链需要重新建设,很多设备、工艺、装备以及供应链需要花时间重新‘搭建’,这个建立的过程需要产业协同,这样的协同对大家都是有利的。”欧阳明高说道。来源:中国经营报

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