“動(dòng)力鋰電池正邁向固態(tài)化時(shí)代，今朝硫化合物和聚合物的結(jié)合還是比較看好的，但是我總覺得還是一步一步來，從準(zhǔn)固態(tài)向固態(tài)發(fā)展。”吳峰強(qiáng)調(diào)。

“到2020年國家關(guān)于動(dòng)力鋰離子電池能量密度的指標(biāo)是300Wh/kg，我國動(dòng)力鋰電池公司急需創(chuàng)新發(fā)展，隨著國家補(bǔ)貼的退坡，電池行業(yè)將面對(duì)新一輪洗牌。”我國工程院院士吳鋒研判。

（來源：微信公眾號(hào)“高工鋰電技術(shù)與使用”ID：weixin-gg-lbte）

技術(shù)進(jìn)展方面，到2020年國家關(guān)于動(dòng)力鋰離子電池能量密度的指標(biāo)是300Wh/kg，今朝一些電池公司已經(jīng)初步達(dá)到了這個(gè)指標(biāo)，還在進(jìn)一步提高綜合性能。目前，北理工吳鋒團(tuán)隊(duì)從電池材料到電池系統(tǒng)以及對(duì)新型材料的技術(shù)研究都在不斷進(jìn)步中。

正極材料方面，其將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方面。

“北京大學(xué)等單位在高比容富鋰錳基材料研究方面取得了沖破。我們團(tuán)隊(duì)在仿生膜設(shè)計(jì)，通過界面保護(hù)提高材料穩(wěn)定性，構(gòu)筑選擇性鋰離子通道，提高材料倍率性能方面也進(jìn)行了一系列的研究。”吳鋒表示。

新型負(fù)極材料方面，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了無集流體，無黏結(jié)劑電極方面的嘗試，可以供應(yīng)更多電化學(xué)位點(diǎn)，從而提高電極比容量。

在鋰硫電池正極材料方面，其利用雙“費(fèi)歇爾酯化”的模塊組裝辦法，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。

在動(dòng)力鋰電池安全性方面，團(tuán)隊(duì)從材料入手，包括研制出溫度敏感電極、陶瓷高強(qiáng)隔膜、安全電解質(zhì)等顯著提高了電池的夲征安全性。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)，具有高室溫電導(dǎo)率與顯著的安全性（1300℃/60s不燃）。

在系統(tǒng)安全性方面，基于其提出的電池安全閾值邊界的識(shí)別與控制概念，建立了相關(guān)的安全狀態(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)供應(yīng)可視化的安全預(yù)警。

在動(dòng)力鋰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。把回收過來的材料再做成正極，并符合正極材料的要求，這形成一個(gè)內(nèi)循環(huán)，從廢舊正極的回收到正極材料的再生。

外循環(huán)方面，像廢舊電池的負(fù)極，由于碳價(jià)格不高，團(tuán)隊(duì)將碳回收，做成了碳吸附劑，可以用來吸附磷，高達(dá)588mg/g，把這種吸附劑放在太湖、滇池等嚴(yán)重磷污染的湖水中，能夠解決污水，再把解決后的含磷吸附劑，放到土壤里，作為磷肥緩緩釋劑，形成一個(gè)外循環(huán)，因?yàn)檫@個(gè)需求量也很大。

吳鋒認(rèn)為，在動(dòng)力鋰電池技術(shù)發(fā)展方面，今后重要還是聚集在提高安全性、提升比能量，提高壽命、控制成本方面，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，目前低鈷是大趨勢(shì)。富鋰錳基是下一代高比能鋰離子電池的重要正極材料，因?yàn)樵谘芯慨?dāng)中發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)體系里，氧參與了反應(yīng)，也就是說從單電子上升為多電子反應(yīng)，為鋰離子電池能量密度的大幅度提升供應(yīng)了材料基礎(chǔ)。

新型負(fù)極材料方面，硅碳復(fù)合還是研發(fā)重點(diǎn)，純硅還要再遠(yuǎn)一點(diǎn)。負(fù)極材料在納米化方面還有很多研究的空間。

電解質(zhì)方面，作為影響鋰離子安全的重要因素之一，電解質(zhì)在向固態(tài)化方向發(fā)展，目前還達(dá)不到全固態(tài)，北理工團(tuán)隊(duì)研制出新型仿生蟻穴結(jié)構(gòu)的新型離子凝膠電解質(zhì)，在鋰金屬表面形成保護(hù)層，可有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。電池材料在仿生方面的研究有利于電池本身的綠色化。

隔膜方面，動(dòng)力鋰電池隔膜要高穩(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。

“動(dòng)力鋰電池正邁向固態(tài)化時(shí)代，今朝硫化合物和聚合物的結(jié)合還是比較看好的，但是我總覺得還是一步一步來，從準(zhǔn)固態(tài)向固態(tài)發(fā)展。”吳峰強(qiáng)調(diào)。

動(dòng)力鋰電池梯次利用方面，大型儲(chǔ)能系統(tǒng)所需的管理電池是動(dòng)力鋰電池?cái)?shù)量的幾百倍甚至更多，針關(guān)于退役動(dòng)力鋰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)。

在電池管理控制系統(tǒng)技術(shù)不成熟的前提下，退役動(dòng)力鋰電池用作移動(dòng)應(yīng)急電源等小型儲(chǔ)存系統(tǒng)更為適宜。按照今朝的技術(shù)，馬上把電動(dòng)汽車電池退役之后用在太陽能和風(fēng)電的儲(chǔ)能，從小到大，要怎么樣保證電池的平均性和電池系統(tǒng)的安全可靠性，還有待商榷，要認(rèn)真研討。依據(jù)3R&3E策略，采取多種辦法回收有價(jià)金屬，降低各類污染，日本在這方面有許多成功的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

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

與此同時(shí)，技術(shù)發(fā)展的不確定性，意味著可能隨時(shí)被顛覆；我國動(dòng)力鋰電池目前狀況是總體產(chǎn)量過剩，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)量不足，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)沖破。

吳峰指出，一個(gè)真正從基礎(chǔ)研究做起來的顛覆性創(chuàng)新，并不是一蹴即成的，不能急于求成，有時(shí)候這個(gè)事情要做五年十年或者十五年。美國能源部最近對(duì)動(dòng)力鋰電池提出了更高的性價(jià)比指標(biāo)，從整個(gè)材料體系和電池體系來講，國內(nèi)都要有些創(chuàng)新性的思路。

原標(biāo)題:吳鋒：鋰離子電池7大前沿技術(shù)前瞻