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关于动力电池技术提升,听听吴锋等四位院士怎么说

放大字体  缩小字体 时间:2017-12-12  来源:第一电动网  
世纪储能网讯:12月9日,国轩高科第七届科技创新大会在合肥召开,中国工程院院士吴锋、郑绵平,中国科学院院士成会明、孙世刚分别围绕动力电池...
12月9日,国轩高科第七届科技创新大会在合肥召开,中国工程院院士吴锋、郑绵平,中国科学院院士成会明、孙世刚分别围绕动力电池进行了主题演讲,对世界锂电池技术路线走向、高比能电池实现途径等问题进行了深入探讨并提出了可行性建议。
 
吴锋院士:新型二次电池及其关键材料研究进展

 
 
中国工程院院士、北京理工大学教授吴锋
 
二次电池的应用要求是数量级的,因此发展高性能的清洁二次电池成为人们的共识。随着人们对电动汽车续航里程等要求的不断提高,希望与压力也同时放在了动力电池的身上,在看清动力电池重要性的同时,也要斟酌一些产业化指标的实现途径。尤其是作为关键指标的电池能量密度,如何在提升比能量的同时兼顾安全性、循环性、倍率等指标,这需要企业在进行技术创新和研发过程中有所侧重。
 
973研究项目从2002年开始到现在已经有三期,该项目原定2017年结束,目前预计需要延期到2019年。该项目主要研究高比能的体系,从“轻元素、多电子反应”材料入手,结合多离子效应,发展高活性电极材料,构建高比能二次电池新体系;其次是兼顾高能量密度的高功率体系,其不仅可以应用于我国电力驱动汽车,还可以应用于电脑,因此研发团队希望通过多维多尺度电极材料界面功能的调控,实现电池的高能量和高功率密度。再次是安全性技术,研发团队从调节和切断电极反应的基元步骤入手,提高单体电池的安全性,通过探究电池的安全边界,提高电池系统安全性,通过对化成、注液等关键制备工艺和设备的升级改造,提高电池制造和使用的安全性;最后是在降低成本技术方面,通过对电池长寿命的研究和对废旧动力电池的绿色回收、资源化再生利用,来降低电池的使用成本。
 
在高比能锂离子电池与相关材料方面,要提高电池能量密度,材料要先行一步,研制出新型异质结构的高较容量材料,还有通过尖晶石皮肤层等构造及富锂材料在纳米尖晶石包覆后获得比容量和倍率性能上的双重改善;负极材料方面则以有机硅工业生产过程中产生的工业废料为原材料,通过导电聚合物包裹,实现硅纳米离子与导电的的柔性组装。
 
通过提出采用轻元素、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,打破了单电子反映的思维定式,开拓电池材料的研究视野,通过多变量协同效应,实现能量密度的三步跨越。
 
到2020年废旧电池将达到17万吨,这让动力电池回收成为迫于眉睫的任务。回收的废旧电池正极材料还可再生,近两年研发出了天然琥珀酸的绿色高效回收技术,将废旧锂电池负极回收制备碳吸附剂的研究,磷吸附量高达588µg/g,是目前最高的碳类吸附剂之一,且处理污水后的吸附剂还可以直接作为土壤缓释肥使用,因此在这些方面探索动力电池的回收很有意义。
 
成会明院士:石墨烯在电化学储能领域的应用

 
中国科学院院士、中国科学院金属研究所研究员成会明
 
完美的石墨烯具有非常好的性能,因此石墨烯被认为在众多领域有非常好的应用。但要想获得好的应用,最重要的是在成本不高的情况下获取高质量的石墨烯。石墨烯的制备有五种主要的方法,其中化学剥离和化学气相沉积的方法可以控制总量,成本相对来说可以节省。
 
石墨烯由于具有二维结构、超薄的特点,又具有高导电、高力学性能、大比表面积、易功能化、稳定性好等特征,因而可以在电池或其他器件里得到比较好的应用。它的应用方面包括活性物质、导电网络、催化剂、界面材料、基体材料等,应用的器件也不仅限于锂离子电池等金属电池,也包括超过电容器甚至柔性的储能器件。
 
以下是石墨烯目前的一些研究进展,目前尚未到应用的层面:
 
第一,在锂离子电池和超级电容器里面的应用。首先石墨烯可作为金属集流体的涂层材料,也可作为导电添加剂。此外,石墨可以做负极,石墨烯是不是也可以?经过研究发现石墨烯确实有很高的容量,但是不可逆容量也很高,应用效率很低,因而很难使用石墨烯做负极。但是石墨烯的高比表面积、丰富的官能团也有可能作为另外一种应用,就是与高容量材料进行复合或杂化,在早期的时候就想到能否将石墨烯与氧化物进行复合,利用石墨烯来抑制氧化物的团聚、体积变化和石墨烯的再堆叠,同时石墨烯也会形成很好的柔性的导电网络。
 
由于石墨烯有很多缺陷,氧化物很容易在上面形成均匀的氧化颗粒,从而提高性能和容量。它的结构形式也多种多样,合成也很简单,就是石墨烯溶液,将氧化物放进去,氧化物很容易合成,形成复合材料。
 
第二,石墨烯在锂硫电池的应用,目前这方面的研究很活跃。面对着低含量和低硫担载量的问题,石墨烯可以在改进锂硫电池方面发挥应用,比如说限域或者是化学结合的方式,也可以通过继承电极结构的方式进行相关的改进。
 
第三,石墨烯在储能里面的可能应用。石墨烯材料可用于各种不同的储能器件中,也可以起不同的作用,但是目前的研究发现,好像没有能够做到充电八分钟跑一千公里的可能性。
 
孙世刚院士:锂电池电极材料的结构设计、性能调控和界面过程研究

 
中国科学院院士、厦门大学教授孙世刚
 
快速发展的电动车和规模储能对电化学能源提出了越来越高的要求,这里面很关键的因素是燃料电池的催化剂,可充放电池的材料。
 
电池材料结构方面,对于锂离子来说,一个是牵流,一个是转换,比如现在的电池负极材料利用的是石墨,商品化电池的容量比需求还是不够,需要新的材料,比如金属氧化物、硅等,这些材料用完以后带来的问题是一旦容量增加,这些材料就会体积膨胀,在放电以后体积会收缩,任何一个材料就会发生损坏,这是一个难点。
 
如果在负极材料结构设计形状的时候做成立方体、八边体,就可以有更好的性能,更好的循环稳定性。循环到200次以后还不衰竭,反而会增加,这和通常的材料是不一样的。
 
正极材料有很多种,需要其容量好、多电子反应、轻等,但其实正极材料的倍率性也很重要,因为这关系到它的锂离子传输情况、传输通道等。表面反应的时候通道力度如果大,可以更快的充进去放出来。开放的结构,锂离子很容易通过这个结构进去,从这个意义来说,这对于锂离子的传输有很大的影响。
 
锂电池里面除了正极材料和负极材料以外,各种材料之间的界面过程也很重要。从分子水平和微观机构参差认识电池的界面结构演变和反应过程,理性设计和调控电化学能源材料的结构是显著提升其性能的基础,这一点尤其重要。
 
郑绵平院士:未来锂资源的综合利用

 
中国工程院院士、中国地质科学院盐湖中心主任郑绵平
 
中国锂资源量分布,四川、青海、西藏占比总量的85%左右。中国的锂资源有几个特点:第一、集中度比较高;第二、类型多样;第三、均为多组分的综合性矿床。因此要注意综合利用。
 
对我国锂资源开发利用的建议:第一是从自然角度讲,要进一步加强锂资源调查评价和研究;第二是要加大对锂产业的支持力度;第三是进一步完善工艺;第四是加强科技研发,创新推动力资源加工技术和综合利用发展;第五是东西部联手。
 
 
关键词: 动力电池

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