锂电池的极限突围
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高镍三元液态电池要怎么解决安全问题，固态电池能否成为下一代动力电池技术……锂电池的安全性、能量密度、成本能否撑起电动汽车的未来？当这些问题得到解答，锂电池将迎来真正地起飞。
今年的诺贝尔化学奖颁给了锂电池，锂电泰斗J. B. Goodenough成最高龄获奖人。
这份诺贝尔奖对锂电池意义重大。半个世纪以来，他们研制出一个可充电的锂电池，创造出可充电的世界，却迟迟没有获得诺贝尔奖。而我们已经凭借这项发明享受到种种便利。
但这个时间点很奇妙。
锂电池已经普遍用于手机、电脑等消费电子中，是我们日常生活中离不开的工具。即使曾否认它的汽车，也将它加诸于身，作为动力电池提供驱动车辆的能量。
另一方面，
高镍三元液态电池要怎么解决安全问题，固态电池能否成为下一代动力电池技术……锂电池的安全性、能量密度、成本能否撑起电动汽车的未来？ 当这些问题得到解答，锂电池将迎来真正地起飞。
液态电池能量密度和安全的平衡
三元锂电池努力的方向先是集中在能量密度和降本上，而后侧重于安全。
2017年以来，补贴政策对能量密度的要求提高了许多。最低系统能量密度临界值从2017年的90Wh/kg到2018年的105Wh/kg，2019年的125Wh/kg；最高补贴系数为120Wh/kg、160Wh/kg和160Wh/kg。
能量密度的提升直接对应到续航里程的增加上，电动汽车的续航从200KM向300KM、500KM攀升。
为了适应能量密度向前向上转变的速度，不少车企抛弃更为安全的磷酸铁锂电池，转而使用三元锂电池 。到今年，三元锂电池的能量密度最高达到180Wh/kg。
能量密度提高的方法，一是改变正负极材料体系，二是减少电池组配件重量。 而这两种方法均会导致液态锂电池的热失控，最后形成事故。
中国科学院院士欧阳明高在近日的国际电池安全研讨会提到，正极三元材料的镍含量不断提高，它的释氧温度不断下降，正极材料的热稳定性越来越差。 释氧温度下降就意味着锂电池更加不耐热，正极材料容易发生分解，释放活性氧，进而导致电解液的氧化分解。它的后果是产生更多的热量，引发锂电池的热失控。
若减少电池组配件，如做薄隔膜、正极铝箔、负极铜箔，固然能够减轻电池的重量，减小电阻，提高性能，但也会加大短路的风险。
能量密度提高的代价是牺牲掉循环寿命和安全性，但电动汽车的普及需要能量密度和安全性的并重 。因此，电池供应商从正负极材料、新型安全电解液、安全隔膜材料、热管理等层面探求高镍电池、模组及PACK的热安全方案 。
正负极和电解质层面，如欧阳明高所言，从多晶到单晶就可以使释氧的温度提升100度；可以使用高浓度电解质，降低防热功率，且不与正极发生反应。
当电芯或PACK出现热失控，更精密的BMS和TMS是抑制失控反应的关口。它可以防止由于过充电或过放电对电池的损伤，并且可在必要时刻切断高压电气系统，确保电池包的安全性。
除此之外，对电芯异常的预警和报警，防火隔热材料在液态锂电池热失控中均是保证乘客安全的措施。
高镍三元锂电池应该是最适合当下电动汽车要求的电池，如果它的安全性能够得到稳定保证。但若谈到未来，它也只能成为过去。
固态电池的技术储备
中国科学院物理研究所研究员陈立泉指出：“想要达到2020年及以后的动力电池能量密度发展要求，实现能量密度大于500Wh/kg的目标，现有的液体电解质电池体系恐怕无能为力。作为下一代面向500Wh/kg的电池技术路线，固态电池体系的研发已成为刚需。新能源汽车产业中长期发展需要新的技术储备，固态锂电池则有望成为下一代车用动力电池主导技术路线，它不只是未来二次电池的重要发展方向，也是当前的重要任务。”
液态锂电池触及安全和能量密度天花板，国内外众多电池企业探寻下一代动力电池的解决方案。至少现在，对比多项电池正负极材料和技术后，固态电池被视为最有希望突破锂电池瓶颈的电池。 本次获诺奖的Goodenough先生是全固态电池的坚定支持者，多年来从事全固态电解质的研究。
锂离子电池之父John Goodenough
为更好解决当前电动车电池所面临的各类问题，汽车产业中许多企业都把眼光了瞄向了下一代汽车电池技术。
尤其在今年，固态电池的声音格外响亮。国内 造车新势力蔚来、爱驰与辉能签下固态电池样车开发协议，哪吒汽车与清陶达成合作。欧洲 ，宝马投资了美国电池公司Solid Power；大众投资QuantumScape，可能从2024或2025年开始批量生产；雷诺到2025年将使用钴含量为零的固态电池。
日本 ，丰田、松下等23家汽车、电池和材料企业及15家学术机构联合研发电动车全固态锂电池。韩国 ，LG化学、三星SDI和SKI联手开发固态电池、锂金属电池和锂硫电池。
从热失控的角度出发，固态电池相比现在的液态电池更为安全。固态电解质或混合电解质替代液态电解质，避免内部短路的产生，强化安全性。
目前电池企业开发的固态电池前面没有加“全”字。全固态电池受制于技术和成本，难以量产。因此类固态电池作为过渡产品，从解决电池安全入手，到实现规模效应，降低固态电池产业化的成本。
在《能量密度高，成本低……这是真实的固态电池吗？》一文中，NE时代记者通过采访和资料搜集等途径，尽力挖掘固态电池的真实样貌。我们了解到，固态电池相比液态锂电池最明显的优势是安全。 但在电芯层面它的技术还没有成熟到打开能量密度大幅提升的大门。
到大家关心的产业化进展方面，国内固态电池企业普遍处于中试阶段，2023年至2025年是固态电池能够规模量产的起始时间段。
固态电池基本上是下一代电池技术储备中走得最靠前的动力电池。但它的未来存在一些不明朗的因素，需要一步步地攻克。
液态锂电池平衡术待练，固态电池技术不成熟，但我们对这些技术的突破又充满期待。三位锂电元老的诺奖正是诞生于希望与质疑同在的时刻。这份诺奖更像是对锂电池过往的认可，对未来的鼓励。
10月16-17日，“2019中日韩下一代新能源汽车电池技术大会”将主要围绕新能源汽车动力电池前瞻技术，从国家最新政策、国内外动力电池市场发展及预测、国际主流整车及电池产业链上下游企业的技术发展、市场布局诸多维度，来探讨高镍电池热安全技术及解决方案、电动汽车下一代电池的技术趋势以及商业化的可行性。在此，NE时代诚邀行业朋友的探讨与参与，共同开发出动力电池的无限可能。
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浙大科研团队新发现或突破电动汽车锂电池“快充和低温”瓶颈
中新网杭州2月29日电 （张斌 童笑雨 柯溢能 吴雅兰）浙江大学（下称“浙大”）科研团队近日宣布一项新的成果称，围绕锂离子电池充电速度、工作温度、安全性等制约电动汽车发展的瓶颈，科研人员设计出一款新型电解液，商用后或将让电动汽车在室温下快充和低温下运行的性能得到极大提升。
研究中的锂离子软包电池。 浙江大学供图
29日，该科研成果由浙江大学材料科学与工程学院研究员范修林团队发表于国际顶级期刊《自然》。
锂电池性能的提升与电解液息息相关。该团队设计的新型电解液，不仅能够支持高比能锂离子电池在-70℃到60℃的超宽温区内进行可逆地充放电，还可以使得高能量密度锂离子电池在10分钟内完成快速充放电。
根据此前的研究，实现上述性能几乎是不可能的。
由此，范修林团队朝着“不可能”开展了长达4年的研究。经过实验，科研人员提出并验证了一种“配体通道促进传输”机制，建立了离子在电解液和固态电解质中传输的统一框架，最终确定了电解液的最佳配方。
范修林（右2）及其团队成员。浙江大学供图
相关测试数据表明，该团队提出的新型电解液在25℃室温下的离子电导率是商用电解液的4倍；在-70℃时高于商用电解液3个数量级以上。
“在同等条件下，我们设计的锂离子电池，能够实现充电10分钟，达到八成充电量，展现出超快的离子传输行为。”范修林说，快充性能优异也意味着低温充放电性能较为优异，“在低温下我们的电池也能展现出良好的性能”。
范修林认为，当前，这款采用新型电解液的电池成本还比较高，可以率先在极地科考、空间探测、海底勘探等极端温度情况中应用。
随着电解液技术的不断攻关迭代，他对新型锂离子电池装配到新能源汽车很有信心。目前，该团队已经与相关企业开展紧密合作。（完）
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