陳立泉院士：中國固態電池有望在2020年實現產業化
時間:2019-12-13 21:49來源:先進電池與材料聯盟 作者:綜合報道
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“從目前的情況來看，國內成立的固態電池公司有5、6家了。他們也都在往產業化走，應該說還是產業化的初期階段。我認為在2020年實現產業化的可能性還是非常高的。”
陳立泉，著名功能材料學家，中國工程院院士，先進電池與材料產學研技術創新聯盟名譽理事長。主要從事鋰電池及相關材料研究，在中國最先研制成功鋰離子電池，解決了鋰離子電池規模化生產的科學、技術與工程問題，實現了鋰離子電池的產業化。近年來，開展了全固態鋰電池、鋰硫電池、鋰空氣電池、室溫鈉離子電池等研究，為開發下一代電池奠定了基礎。曾獲國家自然科學獎一等獎、中科院科技進步獎特等獎和二等獎，2007年獲國際電池材料協會終身成就獎。
記者于ICEnSM2019會議期間對陳院士進行了專訪，以下為專訪實錄
固態電池實際上不是現在新有的概念，在我進入到這個領域的時候，就是固態電池剛起步的時候。1976年，我受科學院的派遣到德國，西德斯圖加特馬普協會的固體所去進修，當時全所都在做一種材料——氮化鋰，分子式是Li3N。當時我是學晶體學專業的，從事晶體生長的工作。全所都要這個晶體，我就感到奇怪，氮化鋰有什么用？
當時的同事告訴我，氮化鋰的用途很大，它是離子導體，可用來制造開汽車的固體電池。這一句話把我吸引住了，我想既然是這樣，我為什么不去學這個？后來經過科學院同意，我就改行到固態電池方向來。
在德國一共度過了一年零八個月，在這期間，有兩個人對我進入到固態電池研究領域起了非常大的作用，一位是從斯坦福大學去固體所學術休假的R.Huggins教授，一位是剛在他實驗室做完博士后的W.Weppner博士。
所以，1976年我就已經進入到固態電池領域了，在1978年回國后，我立即向科學院以及科技部提交報告，請求國家關注、重視固體電解質材料領域。后來，科學院連續三個五年計劃里，固態電池都作為一個重點課題。
在后來實行的863計劃，固態電池也在其中。所以就固態電池來說，中國人起步時間并不比國外晚，我們在這方面是有一定基礎的。
我認為新能源汽車快速發展有兩個問題，一個是續航里程，一個是安全。現在無論是電動汽車還是儲能，鋰離子電池都存在一個安全問題：液體電解質的可燃性。所以無論儲能或電動汽車，想要安全首先要解決液體電解質的可燃問題。
另外從續航的角度來講，能量密度要提高，才能解決電動汽車的續航里程問題。有人說續航里程長不節能，我認為這句話是片面的。這句話適用于電池能量密度不高的情況。
舉一個形象的例子，如果電池的能量密度是100Wh/kg，續航里程為500公里，自然會裝的多一些。電池裝的多，整車的重量就增加了，重量增加摩擦力就增加，這肯定是不節能的。但如果把能量密度提高，從100Wh/kg提高到300Wh/kg，那同樣開500公里，只需要之前1/3的電池就可以了。
但能量密度想要提高，還是有很多問題存在。現有的鋰離子電池，只能是正極用高鎳的三元材料，負極用硅碳負極，這個做300Wh/kg應該是沒問題的，但如果要想進一步再提高，達到500Wh/kg甚至更高的水平，就很吃力了。所以目前來看，現有的鋰離子電池面對的挑戰還是不小的。
我覺得應該會，固態電池的電解質是固體材料，兩個電極正負極都是固體材料，它沒有燃燒的問題，也就沒有爆炸的問題。
但是不是金屬鋰做負極就那么安全？百分百的不會出問題，也很難說。因為鋰本身是個比較活潑的金屬，要解決固態電池的一些問題，還是需要投入時間探索和研究，比如“枝晶生長”的現象。
所謂枝晶就是充放電的時候，充電時部分鋰變成離子通過電解質跟正極反應，放電的時候這些鋰離子再回去，沉積在金屬鋰的表面，我們知道沉積理想的狀態是均勻平行的。但電池是一個大的表面，如果電場很均勻，沉積自然很均勻，一旦電場不均勻，或熱量分布不均，可能造成某些部分凸起來。一旦發生凸起，越向外凸的部分就越容易沉積，這樣逐漸循環，生長出來的枝狀晶體就是枝晶。
枝晶的產生，有可能把固體電解質穿透。穿透固體電解質，就會跟正極發生短路，這可能也會有安全問題的存在。但由于固態電池沒有液體電解質，不會燃燒，也就不會起高溫熱化學反應。
現在的液體電解質，只要發生短路或其他事故，正負極一碰，溫度就會迅速升高。溫度升高的話，會發生熱化學反應，就會出現很多問題，甚至會產生一些原有系統中沒有的問題，可能伴有劇毒。
固體電解質雖然有這方面的好處，但不能說一點問題沒有，如何不讓固態電池產生枝晶，是目前大家都在研究的事情。
早在2010年，我在北京鋰電的論壇說中國鋰電如何突圍？當時我顯示了一個世界市場占有率的曲線的變化情況，日本本來是百分百的的占有率，但一直下滑，到2010年我做報告的時候，日本快要下滑到韓國人的市占率曲線的下面了。韓國人是一直往上升的，當時中國的市場占有率還處于緩慢上升階段，比日本低不少。所以當時我就提出這個問題，中國鋰電如何突圍？
當時我很著急，提出看法后，CATL董事長張毓捷先生就來向我咨詢。他信心十足的說:鋰電突圍從CATL開始。恰逢當時我國要實行補貼政策，在我發表完演講后沒多久，中國鋰電池開始蓬勃發展，經過了4年時間，中國的動力電池世界市場占有率就已經超過了韓國，處于世界第一，就代表著突圍成功。
但現在面臨一個問題，新能源汽車正在退補，補貼浪潮褪去后，會不會有可能被韓國、日本再反超，是我們都需要重視的一個問題。退補就等于世界各國站在了同一起跑線，大量的鋰電池品牌將進入到我國，無論是韓國、還是日本，都對本土電池企業產生了一定的壓力，這也是需要本土企業打起精神來應對的狀況。
現在我國鋰電池產業，算是并跑狀態。從跟跑到并跑，再到領跑，需要經歷很長的時間，可能會經歷一些曲折。未來我預測，我國的電池企業一定可以成為“領跑者”。
我在五年前，提出一個觀點：固態電池要用5年時間實現產業化，也就是2020年實現產業化。
從目前的情況來看，國內成立的固態電池公司有5、6家了。他們也都在往產業化走，應該說還是產業化的初期階段。我認為在2020年實現產業化的可能性還是非常高的。
我覺得恰恰相反。對于固態電池，我希望不要完全甩掉現在的鋰離子電池，最好在鋰離子電池的基礎上進行改進，這樣發展起來會很快，也會很順暢。而且從目前的形勢來看，我們也需要做這方面的工作。
雖然現在看多種電池并舉，都有自己的優缺點，但未來一定是固態電池的天下。目前日本、韓國以及歐美國家都在著手發展固態電池，想在未來固態電池市場中占據主導地位，形勢刻不容緩。
1991年的時候，SONY宣布鋰離子電池產業化，這在當時震動相當大，因為當時它的鋰離子電池各方面性能都不錯，這樣國內肯定是要跟跑的。
當時我有機會去參觀SONY，看到了它整個生產線，相當震撼。當時的SNOY生產線自動化程度就非常高，18650圓柱形電池的檢測基本實現了自動化，哪個部分沒焊好，都能一目了然。分檢也相當嚴格。做極片的生產線，大概只有一兩個人，而我們的工廠當時一條生產線是有很多人的。
雖然當初固態電池已經有了成品——大小在100cm2左右，但畢竟難以達到產業化目標，如果當時不投入到鋰離子電池中，我國將在很長一段時間受到國外掣肘。而且SONY宣布產業化后，大家也都感興趣，所以當時國內大部分都轉到鋰離子電池去了，固態電池基本上就停擺了一段時間。
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