“電池正極材料正在向高鎳化、無鈷、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的2022“鋰電之都”產(chǎn)業(yè)生態(tài)及供應(yīng)鏈大會上，中國工程院院士、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，北理工科研團隊通過構(gòu)筑反應(yīng)、強化界面、抑制枝晶生長等對策，研發(fā)出的鋰硫（Li-S）電池能量密度達(dá)到了651瓦時/公斤。這項高性能鋰硫電池催化材料方面的研究成果今年4月刊登在材料類頂級國際期刊《先進材料》上。

目前，鋰離子電池的能量密度約為260瓦時/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，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，北理工科研團隊在高容量正極材料研究中引入陰陽離子協(xié)同電荷補償，從傳統(tǒng)鋰離子電池的單電子反應(yīng)過渡到多電子反應(yīng)。據(jù)吳鋒透露，科研團隊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，北理工科研團隊研究的鋁離子正極材料比容量達(dá)到每克467毫安時，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，目前鈉離子電池開闊了一個新的原料來源，由于其原料豐富、分布廣泛具有一定的成本優(yōu)勢和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在電池安全性方面，北理工科研團隊從調(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、陶瓷高強隔膜、安全電解質(zhì)等安全性材料。據(jù)吳鋒介紹，團隊研發(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，吳鋒對電池系統(tǒng)從模擬到數(shù)字的創(chuàng)新進行了展望。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。未來大芯片會進入電池內(nèi)部，智能電池的出現(xiàn)將顛覆電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，會進一步提升動力電池的安全性，成為新能源汽車智能化的一個重要環(huán)節(jié)?！?/p>

吳鋒指出，材料革新、技術(shù)突破、產(chǎn)能、成本是中國動力電池企業(yè)當(dāng)下面臨的共同課題。

目前，中國已成為全球鋰電池產(chǎn)銷量最高的國家。2021年全球動力電池裝機量同比增長102%，其中國電池企業(yè)總裝機量連續(xù)保持世界首位。根據(jù)會上發(fā)布的《中國鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展指數(shù)白皮書》，預(yù)計到2025年，中國鋰電池的整體市場規(guī)模將達(dá)到865GWh。

在實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的過程中，新型二次電池是國際當(dāng)前競相研發(fā)的熱點，美國、歐盟、日本、韓國等發(fā)達(dá)國家相繼提出了高性能電池戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃?！鞍l(fā)達(dá)國家的專利壁壘可能造成卡脖子的風(fēng)險，我們需要保證高性能電池的核心技術(shù)自主可控?！眳卿h說道。

吳鋒院士長期從事新型二次電池與相關(guān)能源材料的研究開發(fā)，率先提出采用輕元素、多電子、多離子反應(yīng)體系實現(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年代末開始，吳鋒院士擔(dān)任國家863高技術(shù)計劃的第一責(zé)任專家，在中國率先組織領(lǐng)導(dǎo)了鋰電池關(guān)鍵材料、新型儲氫材料、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)明了含鋰儲氫合金及其制備方法，打破了國外對儲氫合金的專利壟斷，主持創(chuàng)建了我國第一個鎳氫電池中試基地，實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化關(guān)鍵技術(shù)集成，設(shè)計建成我國第一條鎳氫電池自動化示范生產(chǎn)線；研發(fā)出系列鎳氫動力電池組，并將其成功應(yīng)用于多款混合動力汽車。