受動力電池技術(shù)水平所限，新能源汽車?yán)m(xù)航里程不高、壽命不長(充放電次數(shù)低)、衰減率較高，阻礙新能源汽車大規(guī)模應(yīng)用。近日，韓國、日本相繼宣布在動力電池材料技術(shù)上有突破，未來動力電池成本將下降。

在國軒高科第五屆科技創(chuàng)新大會暨第四屆動力能源高峰論壇上，北京理工大學(xué)吳鋒教授和與會嘉賓分享了“動力電池與相關(guān)材料研究進展”。

“國家的重大需求促進了動力電池新的飛躍發(fā)展，在保證安全性的前提下，高能量、高功率、長壽命、低成本、無污染的新型動力電池正在根據(jù)不同的用戶需求，形成產(chǎn)業(yè)，走向市場。”吳鋒表示，“鎳氫電池、鋰離子電池、高比能新體系電池和超級電容器之間的技術(shù)融合十分重要，這種技術(shù)融合的本身也是技術(shù)創(chuàng)新，它將和互聯(lián)網(wǎng)一起，為我國新型二次電池的發(fā)展，掀開新的篇章!”

吳鋒表示，動力電池發(fā)展中面臨以下問題：能否構(gòu)建出新一代高比能電池?能否解決電池的安全可靠性問題?能否實現(xiàn)電池的長壽命?能否提高電池的性價比?

吳鋒介紹，2015年動力鋰離子電池能量密度指標(biāo)為電芯120-180Wh/kg，材料體系主要是磷酸鐵鋰-石墨、三元-石墨。2020年新一代動力鋰離子電池能量密度指標(biāo)是：富鋰(250mAh/g)-硅碳負極：電芯300Wh/kg。

動力鋰離子電池能量密度的提高，除與正負極材料相關(guān)外，對所采用電解液的要求也越來越高。吳鋒表示，采用NCM三元正極材料和Si/C負極材料，可制備出能量密度319Wh/kg的高比能鋰離子電池。

關(guān)于300Wh/kg動力電池材料體系研究進展，吳鋒表示，研究了二價鎳含量對高鎳三元正極材料NCM811中鋰鎳混排現(xiàn)象的影響，發(fā)現(xiàn)增加鋰的化學(xué)計量比，可以增加材料中二價鎳的含量，從而降低材料中的鋰鎳混排，改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。另外，制備了010晶面優(yōu)勢生長的高鎳三元正極材料(LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2)，電化學(xué)測量表明該材料具有良高的倍率性能。并設(shè)計并研制出電化學(xué)活性面優(yōu)勢生長的球狀分級結(jié)構(gòu)，顯著改善鋰離子電池用富鋰錳基材料的倍率循環(huán)特性倍率性能。

在負極材料研究方面，通過“直接涂膜法”合成無需粘結(jié)劑的SiO/CNx復(fù)合材料電極。含氮碳網(wǎng)可以緩沖其在循環(huán)過程中的體積變化，在SiO表面形成較好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為電子傳輸提供穩(wěn)定通道。并且采用高能球磨法合成了Si/Ni/石墨復(fù)合材料，金屬Ni和石墨相互交錯形成了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，納米晶體Si被原位的嵌在SiOx矩陣中，提高了SiOx的電化學(xué)活性。

對于功能電解液的研究，設(shè)計并研制出一種含硅酸鋰的新型泥漿電解液，顯著改善高電壓鋰離子電池正極材料安全、循環(huán)穩(wěn)定等特性。另外還開發(fā)出安全性功能電解質(zhì)和添加劑：將咪唑啉酮類、哌啶環(huán)類離子液體、阻燃型磷酸酯添加劑分別與成膜添加劑亞硫酸丁烯酯復(fù)合，開發(fā)出一系列具有阻燃性和電化學(xué)兼容性的功能電解質(zhì)體系，顯著提高了鋰離子電池的安全可靠性和溫度適應(yīng)性(將使用溫度范圍從-20℃至+60℃拓寬到-40℃至+80℃)。并且研制出具有寬電化學(xué)窗口、高熱穩(wěn)定性和室溫離子電導(dǎo)率達到10-3S/cm量級的“介孔SiO2+離子液體”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固態(tài)化電解質(zhì)，為解決新型高比能電池安全性問題提供了材料支持。

除了電池材料的研究，吳鋒還介紹了電池回收技術(shù)的研究進展。他表示，目前二次電池已滲透到國民經(jīng)濟和人民生活的各個領(lǐng)域，電池產(chǎn)量急劇上升，對社會產(chǎn)生了巨大的環(huán)境和資源壓力，依據(jù)我國新能源汽車銷量預(yù)測，2020年僅動力電池的需求就將達到300億瓦時，對環(huán)境的負面影響將日趨嚴(yán)重，鋰資源也將日漸匱乏。采用環(huán)境友好的天然有機酸回收新技術(shù)，實現(xiàn)了廢舊鋰離子電池的綠色高效回收(鋰和鈷浸取率分別為98%和94%)，優(yōu)于國外使用強酸的工藝技術(shù)，避免了強酸回收處理中的二次污染。