鉅大LARGE | 點擊量：623次 | 2021年12月03日
鋰硫、鋰空氣都不靠譜，革新型鋰離子電池可能才是王道？
九月二十六日，百人會產(chǎn)業(yè)培訓新能源汽車產(chǎn)業(yè)高級研修班(華東班)在上海開班，聚焦電動汽車核心技術(shù)突破與創(chuàng)新，多位知名學者專家和行業(yè)專業(yè)人士就動力鋰離子電池發(fā)展趨勢與前沿技術(shù)表達了自己的觀點。
核心總結(jié)
根據(jù)黃學杰和艾新平兩位老師的講課內(nèi)容，動力鋰離子電池的發(fā)展趨勢和前沿技術(shù)可以總結(jié)為以下四點：
1、鋰離子電池仍是動力鋰離子電池發(fā)展的重點，解決Si/C負極的循環(huán)庫倫效率低下和富鋰錳基的電壓衰減問題，有望發(fā)展出能量密度突破400Wh/kg的動力鋰離子電池；
2、從遠期來看，革新型鋰離子電池較鋰硫、鋰空氣電池更具現(xiàn)實意義。開發(fā)基于陰離子電荷補償機制的高容量富鋰氧化物正極（350mAh/g），可以發(fā)展出能量密度大于500Wh/kg的動力鋰離子電池；
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
3、安全性決定了高能量比電池裝車應用的前景，發(fā)展自發(fā)熱控制技術(shù)和全固態(tài)電池是可行的解決方法，亟需加緊攻關(guān)；
4、高載量電極是實現(xiàn)電池高能量比的基礎，根據(jù)極化模型，開發(fā)梯度孔率電極，有關(guān)高能量比電池具有重要用途和意義。
中科院物理所研究員黃學杰認為我國的動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)保持著良好的發(fā)展態(tài)勢，曾經(jīng)的日韓公司實力很強，但是種種原因下他們在我國市場的業(yè)務受到重創(chuàng)，從而不得不開辟了新的國際市場。
國家發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)必須有自己的電池產(chǎn)業(yè)，這是新能源汽車的關(guān)鍵核心之一。在德國的汽車電氣化轉(zhuǎn)型過程中，德國一邊跟韓國合作推出產(chǎn)品，同時進行自己的電池研發(fā)；相比之下，我國的動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)在這幾年中得到了充分的發(fā)展，單從動力鋰離子電池本土化這一點上來說，我國比德國領先很多。
按照《我國制造2025》中的相關(guān)規(guī)劃，動力鋰離子電池單體能量密度將會在2020年達到300Wh/kg，在2025年達到400Wh/kg，等到2030年則會達到500Wh/kg。
武漢大學研究員艾新平表示：近期路線中，Si/C復合負極可使電池能量密度300Wh/kg；中期路線是富鋰錳基正極+Si/C復合負極，這樣可實現(xiàn)400Wh/kg的能量密度；而長遠角度來講，采用鋰硫、鋰空氣等技術(shù)理論上可依講動力鋰離子電池能量密度提升到500Wh/kg，這是現(xiàn)存的三個技術(shù)路線。
但艾新平認為，前兩個技術(shù)路線總體來說可行度較高，沒有太大的技術(shù)風險；但是鋰硫、鋰空氣電池與實際應用場景結(jié)合度太低，指導性不強，要改變思路，加強探索。
鋰硫、鋰空氣為啥都不靠譜？
有關(guān)鋰硫電池，其放電中間產(chǎn)物溶解流失使其循環(huán)穩(wěn)定性差；負極可充電性不佳；體積密度非常低，從而導致電池體積過大，占用空間。這些問題都是短時間難以解決的。
從應用產(chǎn)品上講，鋰空氣電池是一個開放體系，透氧防水水非常困難，同時缺乏缺乏廉價高效的催化劑，制約著鋰空氣電池在動力鋰離子電池領域發(fā)力。
相比之下，為了實現(xiàn)500Wh/kg的能量密度，采用富鋰錳基正極+Si/C復合負極+固態(tài)電解質(zhì)的技術(shù)路線則更為現(xiàn)實，艾新平將其稱為革新型鋰離子電池。
革新型鋰離子電池該怎么玩？
富鋰錳基正極具有較高的可實現(xiàn)容量（≥250mAh/g），是突破500Wh/kg的關(guān)鍵；但是其循環(huán)過程中存在嚴重的電壓衰減，導電倍率和循環(huán)性能還有待提高。
通過化學組成的優(yōu)化設計，調(diào)整Mn、Ni、Co的配比來抑制電壓衰減；表面改性，降低總堿量，減少材料有電解液的直接接觸，提高材料循環(huán)性能和倍率性能。這是目前改善富鋰錳基正極的重要工作。
有關(guān)Si/C復合負極，最大的問題就是鋰離子脫嵌過程中，體積膨脹率太大，循環(huán)壽命低。其有效的解決途徑就是建立穩(wěn)定的固/液界面，提高循環(huán)庫倫效率。為此，艾新平提出了硅基負極的理想結(jié)構(gòu)模型，通過這種包裹結(jié)構(gòu)來隔絕硅跟電解質(zhì)直接接觸。
至于固態(tài)電解質(zhì)，現(xiàn)階段的研發(fā)重點是固態(tài)聚合物電解質(zhì)、無機固體電解質(zhì)的設計及制備技術(shù)，固/固界面構(gòu)筑技術(shù)和穩(wěn)定化技術(shù)；在此基礎上完善電池生產(chǎn)工藝及專用設備的研究，來實現(xiàn)產(chǎn)品的量產(chǎn)。
