吳鋒院士：我國動力電池優質產能不足 急需創新發展

隨著新能源汽車補貼退坡，動力電池企業也面臨新一輪洗牌。國家對2020年動力鋰離子電池能量密度的指標要求是300Wh/kg，現在一些電池企業已經初步達到了這個指標，并還在進一步提高綜合性能。

提高綜合性能

需從各方面著手

從2018年動力電池所用材料體系的統計結果來講，在磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰等材料中，占比最多的是三元材料。但在國家補貼退坡后，磷酸鐵鋰是否會在動力電池市場有新一輪崛起，還有待觀察。

技術研究方面，我們北京理工大學把新一代高比能鋰離子電池正極材料的研發重點放在了富鋰錳基材料上，通過界面保護提高了材料穩定性，構筑選擇性鋰離子通道提高了材料倍率性能。

新型負極材料方面，我們也進行了無集流體和無黏結劑電極的嘗試，可以提供更多電化學位點，從而提高電極比容量。

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

動力電池安全性方面，我們從材料入手，包括研制溫度敏感電極、陶瓷高強隔膜、安全電解質等，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電解質，具有高室溫導電率和較好的安全性。

系統安全性方面，我們提出電池安全閾值邊界的識別與控制概念，建立了相關安全狀態的數學模型，通過建立這個數學模型，可以將量化的安全度實時顯示在電動汽車儀表盤，給司機提供可視化的安全預警。

動力電池回收再生和再利用方面，我們研發出天然有機酸綠色高效回收技術，鈷、鋰、鎳的浸取率達到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內循環。

還有一個外循環，廢舊電池的負極主要是碳，但碳的價格并不高，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588mg/g。把這種碳吸附劑放進太湖、滇池等嚴重磷污染的湖水中，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，形成了一個廢舊電池負極材料的外循環，這個模式的市場需求量也很大。

動力電池技術發展方面，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，當然壽命和成本本身也是密切相關的。

高比能正極材料方面，產業內都在做高鎳或者做低鈷、無鈷的材料，目前低鈷是大趨勢，對新型負極材料而言，硅碳復合是研發重點，純硅還要再久等一些。

電解質是影響鋰離子安全的主要因素之一，目前正在向固態化方向發展。但目前還達不到全固態，我們研制了仿生蟻穴結構的新型離子凝膠電解質，可在鋰金屬表面形成保護層，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，動力電池隔膜需要高穩定性，在保證強度的基礎上，有待進一步輕質和薄型化。

創新發展

需要顛覆性技術突破

動力電池正邁向固態化階段，現在硫化合物和聚合物的結合還是比較看好的，但是我總覺得還是需要一步一步來，從準固態向固態發展。

鋰硫電池雖然有很高的質量能量密度，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，因為它質量輕，目前主要應用于無人機領域。

我們973團隊還進行了光充電二次電池的研究，在化學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間的儲存問題。比如把葉綠素作為添加劑引入到電池中，再把生物效應放進去，能夠產生一些創新性的思維。

關于動力電池梯次利用，目前大型儲能系統所需的電池是退役動力電池數量的幾百倍甚至更多，這對退役動力電池的一致性和先進的電池管理控制軟件系統，提出了更高的要求和挑戰。

我認為如何保證電池的均勻性和電池系統的安全可靠性，還有待商榷，需要認真研討。在電池管理控制系統技術尚不成熟的前提下，退役動力電池用于移動應急電源等小型儲存系統更為合適。

目前我國動力電池總體狀況是產能過剩，優質產能不足，急需進一步創新發展，以期取得具有顛覆性的技術突破。

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

（本文是中國工程院院士吳鋒確認稿件，文章內容有所刪減。）