高比能、高安全性是動力電池未來發(fā)展方向。從最開始的鋰電池動力化轉(zhuǎn)型，到現(xiàn)在的電池技術(shù)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，安全性都是首要解決的問題。

在能源轉(zhuǎn)型的大背景下，我國新能源汽車發(fā)展勢頭強勁。工信部數(shù)據(jù)顯示，今年前三季度，我國新能源汽車產(chǎn)銷量分別完成631.3萬輛和627.8萬輛，同比分別增長33.7%、37.5%。新能源汽車新車銷量占汽車新車總銷量的29.8%，產(chǎn)銷規(guī)模進一步擴大。

作為新能源汽車的核心部件，動力電池的安全問題至關(guān)重要。在近日舉辦的新能源科學與交通電動化國際論壇上，中國科學院院士、清華大學教授歐陽明高指出，高比能、高安全性是動力電池未來發(fā)展方向。從最開始的鋰電池動力化轉(zhuǎn)型，到現(xiàn)在的電池技術(shù)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型，安全性都是首要解決的問題。

在歐陽明高看來，電池技術(shù)的創(chuàng)新周期大約是30年。自2000年起，鋰離子電池開始在動力方面應(yīng)用，預計到2030年將會有一次全方位的技術(shù)革新。

“2000年開始的第一個十年，主要是在解決鋰離子電池動力化的安全問題，現(xiàn)在也還在繼續(xù)解決。2010年起的第二個十年，隨著動力電池產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷增大，提質(zhì)增效需求推動了動力電池全產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)革新、數(shù)字化轉(zhuǎn)型。第三個十年，也是現(xiàn)在正在發(fā)生的，電池超高比能量的需求催生新材料的換代，也就是以固態(tài)電解質(zhì)研發(fā)為核心的全固態(tài)電池技術(shù)。”歐陽明高表示。

據(jù)歐陽明高介紹，電池安全問題的本質(zhì)是電池熱失控，主要由過充、過放等誘因?qū)е码姵貎?nèi)部溫度上升，超過正常電化學反應(yīng)過程釋放的熱量，導致發(fā)生放熱的副反應(yīng)，加速電池溫度上升，當溫度達到臨界點就會發(fā)生熱失控。“熱失控在整個電池系統(tǒng)內(nèi)蔓延，就像引燃一個鞭炮一樣，導致最后的電池燃燒事故。”歐陽明高說。

“為應(yīng)對這個過程，我們建立了電池安全技術(shù)體系。推出了電池行業(yè)首個AI大模型，使電池安全預警的準確度提高了一個數(shù)量級，建立了電池熱蔓延的測試和仿真，以及熱管理設(shè)計的全套技術(shù)，保障了中國新能源汽車大規(guī)模推廣時的安全水平始終不低于燃油汽車，平均事故概率低于0.5/10000。這一技術(shù)解決了用戶的安全焦慮，這也是最重要的一個焦慮。”歐陽明高表示。

據(jù)介紹，電池安全技術(shù)體系主要包括三個方面：一是被動安全的安全電池，針對熱失控蔓延進行防控設(shè)計和系統(tǒng)開發(fā)；二是主動安全的智能電池，針對各種誘因進行安全預警和主動調(diào)控；三是本質(zhì)安全的固態(tài)電池，通過提高電池材料的熱穩(wěn)定性，來防止熱失控的發(fā)生。

以能夠?qū)崿F(xiàn)主動安全的智能電池開發(fā)為例，歐陽明高介紹，電池熱失控誘因就像人的癌癥一樣，比如肺癌的結(jié)節(jié)，剛開始是不明顯的，但是慢慢會長大。“怎么來復現(xiàn)這個過程呢？我們采用了缺陷植入，有目的地將焊渣等收集起來植入到電池里，這樣就可以觀察熱失控的早期、中期、晚期、末期是如何演變的。通過這種復現(xiàn)重構(gòu)熱失控過程，就可以找到預警的方法。”歐陽明高說，預警之外，智能電池還要具備主動調(diào)控和智能化功能，在此基礎(chǔ)上，進行全生命周期的智能設(shè)計、智能制造、智能管理、智能回收。

在歐陽明高看來，動力電池的最終目標，是要做到本質(zhì)安全，這要通過全固態(tài)電池的開發(fā)來實現(xiàn)。首先是解決正極材料、負極材料、電解質(zhì)的問題，通過使用高安全隔膜、增加阻燃劑等方式提高本質(zhì)安全。“我們通過結(jié)構(gòu)調(diào)控實現(xiàn)了Ni90高鎳正極跟硫化物復合電極下容量達到235 mAh/g，在5C充放電倍率下的循環(huán)超過5000圈。我們制備的硫化物全固態(tài)電池體系下的硅材料比容量超過了2400mAh/g，首次庫倫效率超過了86%，現(xiàn)在已經(jīng)開始了千噸級的產(chǎn)業(yè)化。另外，我們也研發(fā)了Ah級的全固態(tài)電池，目前可以做到電池容量15Ah，能量密度達到350Wh/kg，熱箱耐受溫度200℃，工作區(qū)間-20℃—120℃，預計到2025年能量密度能到500Wh/kg。”歐陽明高介紹。

“目前安全電池已經(jīng)做到了產(chǎn)業(yè)化，為動力電池和儲能電池提供了新方法。我們正在開發(fā)下一代智能電池，將安全技術(shù)、智能技術(shù)全部結(jié)合起來，預計在2025年左右產(chǎn)業(yè)化。全固態(tài)電池也在研發(fā)之中，預計在2027年—2030年間可以規(guī)模產(chǎn)業(yè)化。”歐陽明高表示。