近年來，隨著國內外電動汽車產業的快速發展，作為核心零部件的動力電池產業備受關注，各家企業不僅要擴張產能規模確保產量供應，還面臨著持續提升產品能量密度等關鍵指標的“攻堅戰”。當前國內外動力電池技術進展如何？有哪些值得關注的前瞻性技術？未來數年的發展節奏是怎樣的？近期，中國電動汽車百人會執行副理事長、中國科學院院士歐陽明高對上述行業關心的重點話題從技術角度進行回應，對業內外人士全面了解當前動力電池技術水平概況提供了重要參考。
300瓦時/公斤目標取得重大突破
《汽車縱橫》：安全、續駛里程長、壽命長等是消費者選購新能源汽車時考慮的關鍵性指標，動力電池是決定這些指標的核心零部件，近年來，在消費者需求及相關部門的政策法規推動下，安全、長壽命、高比能量的動力電池已成為產業需求的主流。比如2017年3月份，國家工信部等四部委聯合頒布《促進汽車動力電池發展行動方案》，指出到2020年，要求新型鋰離子動力電池單體比能量超過300瓦時/公斤。目前國內動力電池技術在這些方面進展如何？達到哪些指標？
歐陽明高：按照規劃，2020年要實現動力電池能量密度300瓦時/公斤目標。目前承擔新能源汽車專項項目的有三個團隊：寧德時代新能源、天津力神和合肥國軒。這三個團隊目前采用的技術路線大同小異，即正極采用高鎳三元，負極是硅碳，這種電池目前技術指標已經接近應用要求，到2020年，比能量300瓦時/公斤的電池的產業化已經取得了實質性突破，現在從比能量角度看都已經達到，例如寧德時代新能源的電池研究成果的循環壽命基本在1000次左右，能量密度達到304瓦時/公斤，其他兩家也差不多。當然還有部分企業安全性標準還沒有完全滿足。用300瓦時/公斤的單體電池大概能做出200-210瓦時/公斤的電池系統，因為基本是軟包電池，而非方形電池。國內在去年年底、今年年初，動力電池的能量密度單體達到230瓦時/公斤左右，系統大約150瓦時/公斤左右。到2018、2019年還需要再提高50-70瓦時/公斤，我認為是可以做到的。至于單體350瓦時/公斤、系統260瓦時/公斤是我們力爭的目標。
如何落實2025年400瓦時/公斤的目標？
《汽車縱橫》：剛剛您提到，實現2020年300瓦時/公斤的目標在技術上已經有重大突破。再往后展望五年，到2025年動力電池將力爭實現哪些目標？將采用何種技術路線？您認為哪種前瞻技術最值得關注？目前中國在這些前瞻技術領域有無研究？
歐陽明高：面向2025年產業化，我們希望沖擊單體電池能量密度達到400瓦時/公斤的目標。300瓦時/公斤的實現改變的是負極，從碳變成硅碳，到400瓦時/公斤要變的是正極，目前可選的正極材料有好幾種，現在新能源汽車重點專項取得突破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料，有兩個單位承擔了前沿基礎項目，一個是物理所，改善了富鋰錳基正極循環的電壓衰減，達到的指標是正極循環100周之后電壓衰減降到了2%以內，這是一個重大的進展。另外一個是北京大學的團隊，首次研制出了比容量400毫安時/克的富鋰錳基正極，實現400瓦時/公斤應該是沒有問題的，甚至可能更高。這更為開發比能量大于500瓦時/公斤的新型鋰離子電池提供了可能，但循環尚存在一定不確定性。
更加前沿的技術是固態電池。目前國內有多家研究機構和產業單位在做，包括中科院青島能源所、寧波材料所，物理所等，也包括寧德時代新能源、中航鋰電等。最近寧波材料所與贛鋒鋰業合作，投資5億元人民幣，致力于推進固態電池產業化，計劃2019年量產，2020年產品進入電動汽車市場。固態電池無疑是2017年全球電池領域最熱的一個技術名詞。
全固態鋰電池技術何以在全球大熱？
《汽車縱橫》：固態電池與我們聽到的全固態鋰電池是否是一回事？什么才是全固態鋰電池？如何理解這些概念上的區別？
歐陽明高：全固態鋰電池，這幾個詞每一個字都不能少、不能變，“全固態”與“固態”不同，“鋰電池”和“鋰離子電池”不是一個概念。所謂“全固態鋰電池”是一種在工作溫度區間內所使用的電極和電解質材料均呈固態，不含任何液態組分的鋰電池，所以我們全稱是“全固態電解質鋰電池”。根據其是否可以反復充放，可進一步分成全固態鋰一次電池和全固態鋰二次電池，一次電池其實已經有用的。全固態鋰二次電池又分成全固態鋰離子電池和鋰金屬電池，這兩個概念又要區別，所謂全固態金屬鋰電池的負極用的是鋰金屬，目前在用的動力電池的負極多為碳、硅碳或者鈦酸鋰。
全固態鋰電池的概念比鋰離子電池出現得更早，鋰離子電池只有25年左右的歷史，是日本人發明的，真正用于車上也就10多年，很年輕但是進步很快。早期所指的全固態鋰電池，都是以金屬鋰為負極的全固態金屬鋰電池。這就是以前的概念。
《汽車縱橫》：固態鋰離子電池跟全固態鋰電池的具體區別是什么？
歐陽明高：固態電池，不一定是全都是固態電解質，還有一點液態，是液態與固態混合的，差別在于混合的比例是多少。真正的固態鋰離子電池，其電解質是固態，但在電芯中有少量的液態電解質；所謂半固態，就是固態電解質、液態電解質各占一半，或者說電芯的一半是固態的、一半是液態的，所以還有準固態鋰電池，即主要為固態，少量是液態。
《汽車縱橫》：全固態鋰電池有哪些特點特別是優勢？為什么能引起全球動力電池產業的關注和投入研發？
歐陽明高：主要因素是它能解決目前困擾動力電池發展的兩大關鍵問題，即安全性差和能量密度低。全固態鋰電池有幾個潛在的技術優勢，首先，它安全性高，由于采用高熱穩定性的固態電解質，代替了易燃的常規有機溶劑電解液，電池燃燒問題可以得到有效解決。第二，能量密度高，由于金屬鋰的容量超高，基于相同正極時，固態金屬鋰電池與常規液態鋰離子電池相比，其能量密度可以得到大幅提升。需要說明的是，由于固體電解質密度和使用量高于液態電解質，在正負極材料相同時，全固態鋰電池優勢不明顯。第三，正極材料選擇的范圍寬，因為全固態鋰電池可以直接采用金屬鋰為負極，不要求正極結構中必須含鋰，一些高容量的貧鋰態材料也可以作為正極；此外，無機固態電解質寬的電壓窗口也為高電壓正極材料的應用提供了可能。第四，系統比能量高，由于電解質無流動性，可以方便地通過內串聯組成高電壓單體，利于電池系統成組效率和能量密度的提高。
真正的全固態金屬鋰電池技術尚未成熟
《汽車縱橫》：從您介紹的優勢來看，全固態鋰電池能解決當前動力電池產品的不少不足之處。但它為何還沒有大規模應用于市場？主要存在哪些問題？您如何評價這類技術的整體發展水平？
歐陽明高：它的第一個問題是固態電解質材料的離子電導率偏低。現在有三種固態電解質，一種是聚合物，一種是氧化物，一種是硫化物。現在有用聚合物電解質的電池，搭載于法國的一些車輛上，它的問題就是需要加熱到60度，離子電導率才上來，電池才能正常工作。目前氧化物電解質一般比液態的還要低很多。只有硫化物固體電解質的一些指標接近液態電解質，比如豐田就是用硫化物的固體電解質，所以固體電解質主要的突破是在硫化物的固體電解質。
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