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吴锋院士:电池正极材料正在向高镍化、无钴化、单晶化发展

吴锋院士:电池正极材料正在向高镍化、无钴化、单晶化发展

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2022-05-01 19:07 澎湃新闻

“电池正极材料正在向高镍化、无钴、单晶化发展。电解质材料方面,固态化电解质是当下主要的研究方向。”4月28日,在四川省射洪市召开的2022“锂电之都”产业生态及供应链大会上,中国工程院院士、北京理工大学能源与环境材料学科首席教授吴锋分享了对新型绿色二次电池及其关键材料的研究与展望。

据吴锋介绍,北理工科研团队通过构筑反应、强化界面、抑制枝晶生长等对策,研发出的锂硫(Li-S)电池能量密度达到了651瓦时/公斤。这项高性能锂硫电池催化材料方面的研究成果今年4月刊登在材料类顶级国际期刊《先进材料》上。

目前,锂离子电池的能量密度约为260瓦时/公斤。锂硫电池比锂离子电池具有更高的能量密度,且成本更低、环保性更强,但由于倍率性能、循环寿命和安全性较低,距离商业化还有一定的距离。

在新一代锂离子电池的研发中,为了突破锂离子电池的极限能量密度,北理工科研团队在高容量正极材料研究中引入阴阳离子协同电荷补偿,从传统锂离子电池的单电子反应过渡到多电子反应。据吴锋透露,科研团队还在研究一种兼具能量密度和高功率密度的电池新体系,通过电极表面结构和界面功能调控提升电池功能特性。

在新材料电池方面,北理工科研团队研究的铝离子正极材料比容量达到每克467毫安时,为铝离子电池能量密度的提高提供了材料基础。此外,吴锋认为,目前钠离子电池开阔了一个新的原料来源,由于其原料丰富、分布广泛具有一定的成本优势和发展潜力。

在电池安全性方面,北理工科研团队从调控和切断电极反应的基元步骤入手,发明了温度敏感电极、陶瓷高强隔膜、安全电解质等安全性材料。据吴锋介绍,团队研发的新一代凝胶固态电解质在安全性方面有了很大的提升,可以在1300度的高温下保持60秒不燃。

此外,吴锋对电池系统从模拟到数字的创新进行了展望。他表示:“我们正在研制智能电池和智能的电池系统,采用半导体的工艺制备电池。未来大芯片会进入电池内部,智能电池的出现将颠覆电池系统的结构,会进一步提升动力电池的安全性,成为新能源汽车智能化的一个重要环节。”

吴锋指出,材料革新、技术突破、产能、成本是中国动力电池企业当下面临的共同课题。

目前,中国已成为全球锂电池产销量最高的国家。2021年全球动力电池装机量同比增长102%,其中国电池企业总装机量连续保持世界首位。根据会上发布的《中国锂电产业发展指数白皮书》,预计到2025年,中国锂电池的整体市场规模将达到865GWh。

在实现“双碳”目标的过程中,新型二次电池是国际当前竞相研发的热点,美国、欧盟、日本、韩国等发达国家相继提出了高性能电池战略发展规划。“发达国家的专利壁垒可能造成卡脖子的风险,我们需要保证高性能电池的核心技术自主可控。”吴锋说道。

吴锋院士长期从事新型二次电池与相关能源材料的研究开发,率先提出采用轻元素、多电子、多离子反应体系实现电池能量密度跨越式提升的学术思想,研发出高比能二次电池新体系与关键材料。自上世纪80年代末开始,吴锋院士担任国家863高技术计划的第一责任专家,在中国率先组织领导了锂电池关键材料、新型储氢材料、镍氢电池和锂离子电池的研发。

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