吳鋒院士：我國動(dòng)力電池優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能不足 急需創(chuàng)新發(fā)展

隨著新能源汽車補(bǔ)貼退坡，動(dòng)力電池企業(yè)也面臨新一輪洗牌。國家對2020年動(dòng)力鋰離子電池能量密度的指標(biāo)要求是300Wh/kg，現(xiàn)在一些電池企業(yè)已經(jīng)初步達(dá)到了這個(gè)指標(biāo)，并還在進(jìn)一步提高綜合性能。

提高綜合性能

需從各方面著手

從2018年動(dòng)力電池所用材料體系的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來講，在磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料中，占比最多的是三元材料。但在國家補(bǔ)貼退坡后，磷酸鐵鋰是否會(huì)在動(dòng)力電池市場有新一輪崛起，還有待觀察。

技術(shù)研究方面，我們北京理工大學(xué)把新一代高比能鋰離子電池正極材料的研發(fā)重點(diǎn)放在了富鋰錳基材料上，通過界面保護(hù)提高了材料穩(wěn)定性，構(gòu)筑選擇性鋰離子通道提高了材料倍率性能。

新型負(fù)極材料方面，我們也進(jìn)行了無集流體和無黏結(jié)劑電極的嘗試，可以提供更多電化學(xué)位點(diǎn)，從而提高電極比容量。

鋰硫電池正極材料方面，我們利用雙“費(fèi)歇爾酯化”的模塊組裝方法，將分散的導(dǎo)電碳組裝為橢球型的微米超結(jié)構(gòu)，顯著提高了正極單位面積的硫載量，電池能量密度達(dá)到545Wh/kg。

動(dòng)力電池安全性方面，我們從材料入手，包括研制溫度敏感電極、陶瓷高強(qiáng)隔膜、安全電解質(zhì)等，顯著提高了電池的安全性，還研制出基于納米TiO2與離子液體的新一代凝膠固態(tài)電解質(zhì)，具有高室溫導(dǎo)電率和較好的安全性。

系統(tǒng)安全性方面，我們提出電池安全閾值邊界的識(shí)別與控制概念，建立了相關(guān)安全狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型，通過建立這個(gè)數(shù)學(xué)模型，可以將量化的安全度實(shí)時(shí)顯示在電動(dòng)汽車儀表盤，給司機(jī)提供可視化的安全預(yù)警。

動(dòng)力電池回收再生和再利用方面，我們研發(fā)出天然有機(jī)酸綠色高效回收技術(shù)，鈷、鋰、鎳的浸取率達(dá)到92%以上。我們把回收過來的材料做成正極，檢測后符合正極材料的要求，形成了從廢舊正極回收到正極材料再生的一個(gè)內(nèi)循環(huán)。

還有一個(gè)外循環(huán)，廢舊電池的負(fù)極主要是碳，但碳的價(jià)格并不高，我們將碳回收做成碳吸附劑，它可以用來吸附磷，吸附效果高達(dá)588mg/g。把這種碳吸附劑放進(jìn)太湖、滇池等嚴(yán)重磷污染的湖水中，能夠處理污水，再把處理后的含磷吸附劑，放到土壤里作為磷肥緩釋劑，形成了一個(gè)廢舊電池負(fù)極材料的外循環(huán)，這個(gè)模式的市場需求量也很大。

動(dòng)力電池技術(shù)發(fā)展方面，今后還是集中在提高安全性、提升比能量、提高壽命、控制成本等方面，當(dāng)然壽命和成本本身也是密切相關(guān)的。

高比能正極材料方面，產(chǎn)業(yè)內(nèi)都在做高鎳或者做低鈷、無鈷的材料，目前低鈷是大趨勢，對新型負(fù)極材料而言，硅碳復(fù)合是研發(fā)重點(diǎn)，純硅還要再久等一些。

電解質(zhì)是影響鋰離子安全的主要因素之一，目前正在向固態(tài)化方向發(fā)展。但目前還達(dá)不到全固態(tài)，我們研制了仿生蟻穴結(jié)構(gòu)的新型離子凝膠電解質(zhì)，可在鋰金屬表面形成保護(hù)層，有效抑制鋰枝晶生長，電池材料在仿生層面的研究有利于電池本身的綠色化。另外，動(dòng)力電池隔膜需要高穩(wěn)定性，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，有待進(jìn)一步輕質(zhì)和薄型化。

創(chuàng)新發(fā)展

需要顛覆性技術(shù)突破

動(dòng)力電池正邁向固態(tài)化階段，現(xiàn)在硫化合物和聚合物的結(jié)合還是比較看好的，但是我總覺得還是需要一步一步來，從準(zhǔn)固態(tài)向固態(tài)發(fā)展。

鋰硫電池雖然有很高的質(zhì)量能量密度，但它的體積能量密度目前還是難以滿足新能源汽車的要求，因?yàn)樗|(zhì)量輕，目前主要應(yīng)用于無人機(jī)領(lǐng)域。

我們973團(tuán)隊(duì)還進(jìn)行了光充電二次電池的研究，在化學(xué)電源中加入物理電源的色彩，如果能通過光充電二次電池，便可以解決電池超長時(shí)間的儲(chǔ)存問題。比如把葉綠素作為添加劑引入到電池中，再把生物效應(yīng)放進(jìn)去，能夠產(chǎn)生一些創(chuàng)新性的思維。

關(guān)于動(dòng)力電池梯次利用，目前大型儲(chǔ)能系統(tǒng)所需的電池是退役動(dòng)力電池?cái)?shù)量的幾百倍甚至更多，這對退役動(dòng)力電池的一致性和先進(jìn)的電池管理控制軟件系統(tǒng)，提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

我認(rèn)為如何保證電池的均勻性和電池系統(tǒng)的安全可靠性，還有待商榷，需要認(rèn)真研討。在電池管理控制系統(tǒng)技術(shù)尚不成熟的前提下，退役動(dòng)力電池用于移動(dòng)應(yīng)急電源等小型儲(chǔ)存系統(tǒng)更為合適。

目前我國動(dòng)力電池總體狀況是產(chǎn)能過剩，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能不足，急需進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，以期取得具有顛覆性的技術(shù)突破。

在保障安全性前提下，繼續(xù)開發(fā)高能量密度、高功率密度、低成本、高可靠性的動(dòng)力電池，建立完整的動(dòng)力電池梯次利用和電池回收再利用體系，加快推進(jìn)新能源汽車發(fā)展。

（本文是中國工程院院士吳鋒確認(rèn)稿件，文章內(nèi)容有所刪減。）