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技術(shù)進(jìn)展方面，到2020年國家對于動力鋰離子電池能量密度的指標(biāo)是300Wh/kg，現(xiàn)在一些電池企業(yè)已經(jīng)初步達(dá)到了這個(gè)指標(biāo)，還在進(jìn)一步提高綜合性能。目前，北理工吳鋒團(tuán)隊(duì)從電池材料到電池系統(tǒng)以及對新型材料的技術(shù)研究都在不斷進(jìn)步中。

 

正極材料方面，其將新一代高比能鋰離子電池正極材料的研發(fā)重點(diǎn)放在了富鋰錳基材料方面。

 

“北京大學(xué)等單位在高比容富鋰錳基材料研究方面取得了突破。我們團(tuán)隊(duì)在仿生膜設(shè)計(jì)，通過界面保護(hù)提高材料穩(wěn)定性，構(gòu)筑選擇性鋰離子通道，提高材料倍率性能方面也進(jìn)行了一系列的研究。” 吳鋒表示。

 

新型負(fù)極材料方面，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了無集流體，無黏結(jié)劑電極方面的嘗試，可以提供更多電化學(xué)位點(diǎn)，從而提高電極比容量。

 

在鋰硫電池正極材料方面，其利用雙“費(fèi)歇爾酯化”的模塊組裝方法，將分散的導(dǎo)電碳組裝為橢球型的微米超結(jié)構(gòu)，顯著提高了正極單位面積的硫載量，電池能量密度達(dá)到545Wh/kg。

 

在動力電池安全性方面，團(tuán)隊(duì)從材料入手，包括研制出溫度敏感電極、陶瓷高強(qiáng)隔膜、安全電解質(zhì)等顯著提高了電池的夲征安全性。還研制出基于納米TiO2與離子液體的新一代凝膠固態(tài)電解質(zhì)，具有高室溫電導(dǎo)率與顯著的安全性（1300℃/60s不燃）。

 

在系統(tǒng)安全性方面，基于其提出的電池安全閾值邊界的識別與控制概念，建立了相關(guān)的安全狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型，通過建立這個(gè)數(shù)學(xué)模型，可以將量化的安全度實(shí)時(shí)顯示在電動汽車儀表盤，給司機(jī)提供可視化的安全預(yù)警。

 

在動力電池回收再生和再利用方面，我們研發(fā)出天然有機(jī)酸綠色高效回收技術(shù)，鈷、鋰、鎳的浸取率達(dá)到92%以上。把回收過來的材料再做成正極，并符合正極材料的要求，這形成一個(gè)內(nèi)循環(huán)，從廢舊正極的回收到正極材料的再生。

 

外循環(huán)方面，像廢舊電池的負(fù)極，由于碳價(jià)格不高，團(tuán)隊(duì)將碳回收，做成了碳吸附劑，可以用來吸附磷，高達(dá)588mg/g，把這種吸附劑放在太湖、滇池等嚴(yán)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，作為磷肥緩緩釋劑，形成一個(gè)外循環(huán)，因?yàn)檫@個(gè)需求量也很大。

 

吳鋒認(rèn)為，在動力電池技術(shù)發(fā)展方面，今后主要還是集中在提高安全性、提升比能量，提高壽命、控制成本方面，當(dāng)然壽命和成本本身也是密切相關(guān)的。

 

高比能正極材料方面，目前低鈷是大趨勢。富鋰錳基是下一代高比能鋰離子電池的主要正極材料，因?yàn)樵谘芯慨?dāng)中發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)體系里，氧參與了反應(yīng)，也就是說從單電子上升為多電子反應(yīng)，為鋰離子電池能量密度的大幅度提升提供了材料基礎(chǔ)。

 

新型負(fù)極材料方面，硅碳復(fù)合還是研發(fā)重點(diǎn)，純硅還要再遠(yuǎn)一點(diǎn)。負(fù)極材料在納米化方面還有很多研究的空間。

 

電解質(zhì)方面，作為影響鋰離子安全的主要因素之一，電解質(zhì)在向固態(tài)化方向發(fā)展，目前還達(dá)不到全固態(tài)，北理工團(tuán)隊(duì)研制出新型仿生蟻穴結(jié)構(gòu)的新型離子凝膠電解質(zhì)，在鋰金屬表面形成保護(hù)層，可有效抑制鋰枝晶生長。電池材料在仿生方面的研究有利于電池本身的綠色化。

 

隔膜方面，動力電池隔膜需要高穩(wěn)定性，在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，有待進(jìn)一步輕質(zhì)和薄型化。

 

“動力電池正邁向固態(tài)化時(shí)代，現(xiàn)在硫化合物和聚合物的結(jié)合還是比較看好的，但是我總覺得還是一步一步來，從準(zhǔn)固態(tài)向固態(tài)發(fā)展。”吳峰強(qiáng)調(diào)。

 

動力電池梯次利用方面，大型儲能系統(tǒng)所需的管理電池是動力電池?cái)?shù)量的幾百倍甚至更多，針對于退役動力電池的一致性和先進(jìn)的電池管理控制軟件系統(tǒng)提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

 

在電池管理控制系統(tǒng)技術(shù)不成熟的前提下，退役動力電池用作移動應(yīng)急電源等小型儲存系統(tǒng)更為合適。按照現(xiàn)在的技術(shù)，馬上把電動汽車電池退役之后用在太陽能和風(fēng)電的儲能，從小到大，如何保證電池的均勻性和電池系統(tǒng)的安全可靠性，還有待商榷，需要認(rèn)真研討。根據(jù)3R&3E策略，采取多種方法回收有價(jià)金屬，降低各類污染，日本在這方面有許多成功的經(jīng)驗(yàn)。

 

吳鋒表示，在保障安全性前提下，繼續(xù)開發(fā)高能量密度、功率密度、低成本、高可靠性的動力電池體系，建立完整的動力電池梯次利用和電池回收再利用體系，將加快推進(jìn)新能源汽車發(fā)展。

 

與此同時(shí)，技術(shù)發(fā)展的不確定性，意味著可能隨時(shí)被顛覆；中國動力電池目前狀況是總體產(chǎn)能過剩，優(yōu)質(zhì)產(chǎn)能不足，急需進(jìn)一步創(chuàng)新發(fā)展，以期取得具有顛覆性的技術(shù)突破。

 

吳峰指出，一個(gè)真正從基礎(chǔ)研究做起來的顛覆性創(chuàng)新，并不是一蹴即成的，不能急于求成，有時(shí)候這個(gè)事情要做五年十年或者十五年。美國能源部最近對動力電池提出了更高的性價(jià)比指標(biāo)，從整個(gè)材料體系和電池體系來講，國內(nèi)都要有些創(chuàng)新性的思路。

 

原標(biāo)題:吳鋒：鋰電池7大前沿技術(shù)前瞻