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近日，以“聚焦綠色新能源，推動交通電動化”為主題的新能源科學(xué)與交通電動化國際論壇在雄安新區(qū)舉行，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)教授歐陽明高做了題為“高比能電池安全研究與高性能新型電池開發(fā)”的報告。

歐陽明高重點(diǎn)介紹了動力電池和電化學(xué)儲能系統(tǒng)。他表示，電池技術(shù)的創(chuàng)新周期約為30年，這一代鋰離子電池在動力方面應(yīng)用是在2000年左右，我們預(yù)計2030年會有一次全方位的革新。

他認(rèn)為，從2000年開始的第一個十年，主要解決動力化安全問題。從2010年開始，手機(jī)電池開始智能優(yōu)化，如今降本增效的主要途徑是用智能化手段推動全動力電池全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)革新。第三個十年，是新材料的換代，也就是開始研發(fā)以固態(tài)電解質(zhì)為核心的全固態(tài)電池，預(yù)計到2030年會趨于成熟。

歐陽明高在報告中提到，電池的安全問題，從科學(xué)的角度來講是電池?zé)崾Э兀褪沁^充過放等各種誘因?qū)е码姵貎?nèi)部溫度上升，超過它的正常電化學(xué)反應(yīng)過程，出現(xiàn)放熱的副反應(yīng)，這種副反應(yīng)會加速電池溫度上升，到了臨界點(diǎn)就會到達(dá)一個速率，即每秒鐘上升1000℃，這就叫熱失控。熱失控發(fā)生后會在整個電池系統(tǒng)中蔓延，蔓延就像點(diǎn)燃了一個鞭炮，全部引燃將導(dǎo)致著火等事故。

為避免電池?zé)崾Э?，歐陽明高團(tuán)隊建立了相應(yīng)的電池安全技術(shù)體系，包括三方面。第一是主動安全，來應(yīng)對各種誘因，發(fā)展的產(chǎn)品就是智能電池。第二是本征安全或者本質(zhì)安全，就是提高電池本身材料的熱穩(wěn)定性，來防止熱失控發(fā)生，這也推動了全固態(tài)電池的研發(fā)和換代。第三是應(yīng)對熱失控蔓延，我們稱之為被動安全，相應(yīng)的產(chǎn)品就是安全電池。

關(guān)于正極材料，歐陽明高團(tuán)隊通過結(jié)構(gòu)調(diào)控實(shí)現(xiàn)了Ni90高鎳正極跟硫化物復(fù)合電極下235mAh/g的容量，1C下循環(huán)超過700圈，5C下循環(huán)超過5000圈。還創(chuàng)新性地提出了高容量、高穩(wěn)定性的硅碳負(fù)極制備方法。“我們制備硫化物全固態(tài)電池體系下的材料比容量超過了2400mAh/g，首次庫倫效率超過了86%，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)千噸級的產(chǎn)業(yè)化。”歐陽明高表示。另外，關(guān)于全固態(tài)電池的電解質(zhì)隔膜，歐陽明高團(tuán)隊探索了卷對卷的干法電極等技術(shù)，研發(fā)了安時級的全固態(tài)電池，目前達(dá)到15Ah電池350Wh/kg，熱箱耐受溫度200℃，工作區(qū)間是零下20℃到120℃，預(yù)計到2025年會達(dá)到500Wh/kg。

與此同時，全固態(tài)電池的安全性問題尚存。歐陽明高分析稱，相較于鋰離子液態(tài)電池，全固態(tài)電池的熱失效邊界有了大幅提升，但仍不是絕對安全的。我們團(tuán)隊曾發(fā)表文章闡明全固態(tài)電池也有熱穩(wěn)定性問題，也會釋氧，這是業(yè)內(nèi)第一次有人提出這個問題。基于此，我們進(jìn)一步研究了熱失控的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)兩條失效路徑：一條是氣—固反應(yīng)，另一條是固—固反應(yīng)。

預(yù)計2027年至2030年，全固態(tài)電池將實(shí)現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。歐陽明高表示。 

原標(biāo)題：歐陽明高院士：全固態(tài)電池帶動產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級 預(yù)計2030年將實(shí)現(xiàn)電池技術(shù)全方位革新