編者按:中國工程院院士吳鋒研預(yù)判:到2020年國家對于動力鋰離子電池能量密度的指標(biāo)是300Wh/kg,中國動力電池企業(yè)急需創(chuàng)新發(fā)展,隨著國家補(bǔ)貼的退坡,電池行業(yè)將面臨新一輪洗牌。
7月2日,北京理工大學(xué)教授、中國工程院院士吳鋒在2019世界新能源汽車大會發(fā)表了主題演講。
吳鋒表示,2017-2018年,國內(nèi)動力電池集中度日趨攀升,且集中在少數(shù)企業(yè)手中,隨著國家補(bǔ)貼的退坡,且在眾多外力因素作用之下,國內(nèi)動力電池企業(yè)下一步將面臨新一輪洗牌,可能會有比較大的動靜。
技術(shù)進(jìn)展方面,到2020年國家對于動力鋰離子電池能量密度的指標(biāo)是300Wh/kg,現(xiàn)在一些電池企業(yè)已經(jīng)初步達(dá)到了這個指標(biāo),還在進(jìn)一步提高綜合性能。目前,北理工吳鋒團(tuán)隊從電池材料到電池系統(tǒng)以及對新型材料的技術(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突破。我們團(tuán)隊在仿生膜設(shè)計,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)隊進(jìn)行了無集流體,無黏結(jié)劑電極方面的嘗試,可以提供更多電化學(xué)位點,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。
在動力電池安全性方面,團(tuán)隊從材料入手,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,通過建立這個數(shù)學(xué)模型,可以將量化的安全度實時顯示在電動汽車儀表盤,給司機(jī)提供可視化的安全預(yù)警。
在動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。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,由于碳價格不高,團(tuán)隊將碳回收,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,作為磷肥緩緩釋劑,形成一個外循環(huán),因為這個需求量也很大。
吳鋒認(rèn)為,在動力電池技術(shù)發(fā)展方面,今后主要還是集中在提高安全性、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。富鋰錳基是下一代高比能鋰離子電池的主要正極材料,因為在研究當(dāng)中發(fā)現(xiàn),在這個體系里,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提供了材料基礎(chǔ)。
新型負(fù)極材料方面,硅碳復(fù)合還是研發(fā)重點,純硅還要再遠(yuǎn)一點。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主要因素之一,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。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。
“動力電池正邁向固態(tài)化時代,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)。
動力電池梯次利用方面,大型儲能系統(tǒng)所需的管理電池是動力電池數(shù)量的幾百倍甚至更多,針對于退役動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)。
在電池管理控制系統(tǒng)技術(shù)不成熟的前提下,退役動力電池用作移動應(yīng)急電源等小型儲存系統(tǒng)更為合適。按照現(xiàn)在的技術(shù),馬上把電動汽車電池退役之后用在太陽能和風(fēng)電的儲能,從小到大,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。根據(jù)3R&3E策略,采取多種方法回收有價金屬,降低各類污染,日本在這方面有許多成功的經(jīng)驗。
吳鋒表示,在保障安全性前提下,繼續(xù)開發(fā)高能量密度、功率密度、低成本、高可靠性的動力電池體系,建立完整的動力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,技術(shù)發(fā)展的不確定性,意味著可能隨時被顛覆;中國動力電池目前狀況是總體產(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。
吳峰指出,一個真正從基礎(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,有時候這個事情要做五年十年或者十五年。美國能源部最近對動力電池提出了更高的性價比指標(biāo),從整個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:吳鋒院士:優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能不足 國內(nèi)動力電池行業(yè)將面臨洗牌