吳鋒院士：電池正極材料正在向高鎳化、無(wú)鈷化、單晶化發(fā)展

時(shí)間:2022-05-02 13:57來(lái)源:澎湃新聞?dòng)浾?作者:秦藝逍
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       “電池正極材料正在向高鎳化、無(wú)鈷、單晶化發(fā)展。電解質(zhì)材料方面，固態(tài)化電解質(zhì)是當(dāng)下主要的研究方向。”4月28日，在四川省射洪市召開(kāi)的2022“鋰電之都”產(chǎn)業(yè)生態(tài)及供應(yīng)鏈大會(huì)上，中國(guó)工程院院士、北京理工大學(xué)能源與環(huán)境材料學(xué)科首席教授吳鋒分享了對(duì)新型綠色二次電池及其關(guān)鍵材料的研究與展望。
 
       據(jù)吳鋒介紹，北理工科研團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)筑反應(yīng)、強(qiáng)化界面、抑制枝晶生長(zhǎng)等對(duì)策，研發(fā)出的鋰硫（Li-S）電池能量密度達(dá)到了651瓦時(shí)/公斤。這項(xiàng)高性能鋰硫電池催化材料方面的研究成果今年4月刊登在材料類(lèi)頂級(jí)國(guó)際期刊《先進(jìn)材料》上。
       目前，鋰離子電池的能量密度約為260瓦時(shí)/公斤。鋰硫電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，且成本更低、環(huán)保性更強(qiáng)，但由于倍率性能、循環(huán)壽命和安全性較低，距離商業(yè)化還有一定的距離。
 
       在新一代鋰離子電池的研發(fā)中，為了突破鋰離子電池的極限能量密度，北理工科研團(tuán)隊(duì)在高容量正極材料研究中引入陰陽(yáng)離子協(xié)同電荷補(bǔ)償，從傳統(tǒng)鋰離子電池的單電子反應(yīng)過(guò)渡到多電子反應(yīng)。據(jù)吳鋒透露，科研團(tuán)隊(duì)還在研究一種兼具能量密度和高功率密度的電池新體系，通過(guò)電極表面結(jié)構(gòu)和界面功能調(diào)控提升電池功能特性。
 
       在新材料電池方面，北理工科研團(tuán)隊(duì)研究的鋁離子正極材料比容量達(dá)到每克467毫安時(shí)，為鋁離子電池能量密度的提高提供了材料基礎(chǔ)。此外，吳鋒認(rèn)為，目前鈉離子電池開(kāi)闊了一個(gè)新的原料來(lái)源，由于其原料豐富、分布廣泛具有一定的成本優(yōu)勢(shì)和發(fā)展?jié)摿Α?/div>
 
       在電池安全性方面，北理工科研團(tuán)隊(duì)從調(diào)控和切斷電極反應(yīng)的基元步驟入手，發(fā)明了溫度敏感電極、陶瓷高強(qiáng)隔膜、安全電解質(zhì)等安全性材料。據(jù)吳鋒介紹，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新一代凝膠固態(tài)電解質(zhì)在安全性方面有了很大的提升，可以在1300度的高溫下保持60秒不燃。
 
       此外，吳鋒對(duì)電池系統(tǒng)從模擬到數(shù)字的創(chuàng)新進(jìn)行了展望。他表示：“我們正在研制智能電池和智能的電池系統(tǒng)，采用半導(dǎo)體的工藝制備電池。未來(lái)大芯片會(huì)進(jìn)入電池內(nèi)部，智能電池的出現(xiàn)將顛覆電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，會(huì)進(jìn)一步提升動(dòng)力電池的安全性，成為新能源汽車(chē)智能化的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。”
       吳鋒指出，材料革新、技術(shù)突破、產(chǎn)能、成本是中國(guó)動(dòng)力電池企業(yè)當(dāng)下面臨的共同課題。
 
       目前，中國(guó)已成為全球鋰電池產(chǎn)銷(xiāo)量最高的國(guó)家。2021年全球動(dòng)力電池裝機(jī)量同比增長(zhǎng)102%，其中國(guó)電池企業(yè)總裝機(jī)量連續(xù)保持世界首位。根據(jù)會(huì)上發(fā)布的《中國(guó)鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展指數(shù)白皮書(shū)》，預(yù)計(jì)到2025年，中國(guó)鋰電池的整體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到865GWh。
 
       在實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過(guò)程中，新型二次電池是國(guó)際當(dāng)前競(jìng)相研發(fā)的熱點(diǎn)，美國(guó)、歐盟、日本、韓國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼提出了高性能電池戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃。“發(fā)達(dá)國(guó)家的專(zhuān)利壁壘可能造成卡脖子的風(fēng)險(xiǎn)，我們需要保證高性能電池的核心技術(shù)自主可控。”吳鋒說(shuō)道。
 
       吳鋒院士長(zhǎng)期從事新型二次電池與相關(guān)能源材料的研究開(kāi)發(fā)，率先提出采用輕元素、多電子、多離子反應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)電池能量密度跨越式提升的學(xué)術(shù)思想，研發(fā)出高比能二次電池新體系與關(guān)鍵材料。自上世紀(jì)80年代末開(kāi)始，吳鋒院士擔(dān)任國(guó)家863高技術(shù)計(jì)劃的第一責(zé)任專(zhuān)家，在中國(guó)率先組織領(lǐng)導(dǎo)了鋰電池關(guān)鍵材料、新型儲(chǔ)氫材料、鎳氫電池和鋰離子電池的研發(fā)。
 
       值得一提的是，吳鋒院士發(fā)明了含鋰儲(chǔ)氫合金及其制備方法，打破了國(guó)外對(duì)儲(chǔ)氫合金的專(zhuān)利壟斷，主持創(chuàng)建了我國(guó)第一個(gè)鎳氫電池中試基地，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)集成，設(shè)計(jì)建成我國(guó)第一條鎳氫電池自動(dòng)化示范生產(chǎn)線；研發(fā)出系列鎳氫動(dòng)力電池組，并將其成功應(yīng)用于多款混合動(dòng)力汽車(chē)。
 
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文章標(biāo)簽： 電池 正極材料 吳鋒
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