陈立泉院士：中国固态电池有望在2020年实现产业化
时间:2019-12-13 21:49来源:先进电池与材料联盟 作者:综合报道
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“从目前的情况来看，国内成立的固态电池公司有5、6家了。他们也都在往产业化走，应该说还是产业化的初期阶段。我认为在2020年实现产业化的可能性还是非常高的。”
陈立泉，著名功能材料学家，中国工程院院士，先进电池与材料产学研技术创新联盟名誉理事长。主要从事锂电池及相关材料研究，在中国最先研制成功锂离子电池，解决了锂离子电池规模化生产的科学、技术与工程问题，实现了锂离子电池的产业化。近年来，开展了全固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、室温钠离子电池等研究，为开发下一代电池奠定了基础。曾获国家自然科学奖一等奖、中科院科技进步奖特等奖和二等奖，2007年获国际电池材料协会终身成就奖。
记者于ICEnSM2019会议期间对陈院士进行了专访，以下为专访实录
固态电池实际上不是现在新有的概念，在我进入到这个领域的时候，就是固态电池刚起步的时候。1976年，我受科学院的派遣到德国，西德斯图加特马普协会的固体所去进修，当时全所都在做一种材料——氮化锂，分子式是Li3N。当时我是学晶体学专业的，从事晶体生长的工作。全所都要这个晶体，我就感到奇怪，氮化锂有什么用？
当时的同事告诉我，氮化锂的用途很大，它是离子导体，可用来制造开汽车的固体电池。这一句话把我吸引住了，我想既然是这样，我为什么不去学这个？后来经过科学院同意，我就改行到固态电池方向来。
在德国一共度过了一年零八个月，在这期间，有两个人对我进入到固态电池研究领域起了非常大的作用，一位是从斯坦福大学去固体所学术休假的R.Huggins教授，一位是刚在他实验室做完博士后的W.Weppner博士。
所以，1976年我就已经进入到固态电池领域了，在1978年回国后，我立即向科学院以及科技部提交报告，请求国家关注、重视固体电解质材料领域。后来，科学院连续三个五年计划里，固态电池都作为一个重点课题。
在后来实行的863计划，固态电池也在其中。所以就固态电池来说，中国人起步时间并不比国外晚，我们在这方面是有一定基础的。
我认为新能源汽车快速发展有两个问题，一个是续航里程，一个是安全。现在无论是电动汽车还是储能，锂离子电池都存在一个安全问题：液体电解质的可燃性。所以无论储能或电动汽车，想要安全首先要解决液体电解质的可燃问题。
另外从续航的角度来讲，能量密度要提高，才能解决电动汽车的续航里程问题。有人说续航里程长不节能，我认为这句话是片面的。这句话适用于电池能量密度不高的情况。
举一个形象的例子，如果电池的能量密度是100Wh/kg，续航里程为500公里，自然会装的多一些。电池装的多，整车的重量就增加了，重量增加摩擦力就增加，这肯定是不节能的。但如果把能量密度提高，从100Wh/kg提高到300Wh/kg，那同样开500公里，只需要之前1/3的电池就可以了。
但能量密度想要提高，还是有很多问题存在。现有的锂离子电池，只能是正极用高镍的三元材料，负极用硅碳负极，这个做300Wh/kg应该是没问题的，但如果要想进一步再提高，达到500Wh/kg甚至更高的水平，就很吃力了。所以目前来看，现有的锂离子电池面对的挑战还是不小的。
我觉得应该会，固态电池的电解质是固体材料，两个电极正负极都是固体材料，它没有燃烧的问题，也就没有爆炸的问题。
但是不是金属锂做负极就那么安全？百分百的不会出问题，也很难说。因为锂本身是个比较活泼的金属，要解决固态电池的一些问题，还是需要投入时间探索和研究，比如“枝晶生长”的现象。
所谓枝晶就是充放电的时候，充电时部分锂变成离子通过电解质跟正极反应，放电的时候这些锂离子再回去，沉积在金属锂的表面，我们知道沉积理想的状态是均匀平行的。但电池是一个大的表面，如果电场很均匀，沉积自然很均匀，一旦电场不均匀，或热量分布不均，可能造成某些部分凸起来。一旦发生凸起，越向外凸的部分就越容易沉积，这样逐渐循环，生长出来的枝状晶体就是枝晶。
枝晶的产生，有可能把固体电解质穿透。穿透固体电解质，就会跟正极发生短路，这可能也会有安全问题的存在。但由于固态电池没有液体电解质，不会燃烧，也就不会起高温热化学反应。
现在的液体电解质，只要发生短路或其他事故，正负极一碰，温度就会迅速升高。温度升高的话，会发生热化学反应，就会出现很多问题，甚至会产生一些原有系统中没有的问题，可能伴有剧毒。
固体电解质虽然有这方面的好处，但不能说一点问题没有，如何不让固态电池产生枝晶，是目前大家都在研究的事情。
早在2010年，我在北京锂电的论坛说中国锂电如何突围？当时我显示了一个世界市场占有率的曲线的变化情况，日本本来是百分百的的占有率，但一直下滑，到2010年我做报告的时候，日本快要下滑到韩国人的市占率曲线的下面了。韩国人是一直往上升的，当时中国的市场占有率还处于缓慢上升阶段，比日本低不少。所以当时我就提出这个问题，中国锂电如何突围？
当时我很着急，提出看法后，CATL董事长張毓捷先生就来向我咨询。他信心十足的说:锂电突围从CATL开始。恰逢当时我国要实行补贴政策，在我发表完演讲后没多久，中国锂电池开始蓬勃发展，经过了4年时间，中国的动力电池世界市场占有率就已经超过了韩国，处于世界第一，就代表着突围成功。
但现在面临一个问题，新能源汽车正在退补，补贴浪潮褪去后，会不会有可能被韩国、日本再反超，是我们都需要重视的一个问题。退补就等于世界各国站在了同一起跑线，大量的锂电池品牌将进入到我国，无论是韩国、还是日本，都对本土电池企业产生了一定的压力，这也是需要本土企业打起精神来应对的状况。
现在我国锂电池产业，算是并跑状态。从跟跑到并跑，再到领跑，需要经历很长的时间，可能会经历一些曲折。未来我预测，我国的电池企业一定可以成为“领跑者”。
我在五年前，提出一个观点：固态电池要用5年时间实现产业化，也就是2020年实现产业化。
从目前的情况来看，国内成立的固态电池公司有5、6家了。他们也都在往产业化走，应该说还是产业化的初期阶段。我认为在2020年实现产业化的可能性还是非常高的。
我觉得恰恰相反。对于固态电池，我希望不要完全甩掉现在的锂离子电池，最好在锂离子电池的基础上进行改进，这样发展起来会很快，也会很顺畅。而且从目前的形势来看，我们也需要做这方面的工作。
虽然现在看多种电池并举，都有自己的优缺点，但未来一定是固态电池的天下。目前日本、韩国以及欧美国家都在着手发展固态电池，想在未来固态电池市场中占据主导地位，形势刻不容缓。
1991年的时候，SONY宣布锂离子电池产业化，这在当时震动相当大，因为当时它的锂离子电池各方面性能都不错，这样国内肯定是要跟跑的。
当时我有机会去参观SONY，看到了它整个生产线，相当震撼。当时的SNOY生产线自动化程度就非常高，18650圆柱形电池的检测基本实现了自动化，哪个部分没焊好，都能一目了然。分检也相当严格。做极片的生产线，大概只有一两个人，而我们的工厂当时一条生产线是有很多人的。
虽然当初固态电池已经有了成品——大小在100cm2左右，但毕竟难以达到产业化目标，如果当时不投入到锂离子电池中，我国将在很长一段时间受到国外掣肘。而且SONY宣布产业化后，大家也都感兴趣，所以当时国内大部分都转到锂离子电池去了，固态电池基本上就停摆了一段时间。
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