浅谈锂电技术发展两大突破点

shuszhao

新能源汽车产业的长远发展需要高比能量电池的支撑，而正极材料恰恰是制约高比能锂离子动力电池发展的关键点。众所周知，目前材料体系锂离子电池可用能量密度极限是350Wh/kg，高电压和高容量依然是制约锂离子电池正极材料比能量的瓶颈。
锂离子电池最近一个时期仍将是动力、消费电子和中小规模储能的最好选择，高镍/硅基体系是300Wh/kg电池体系的首选。然而，日、美、中三个主要电池生产国先后都制订了高能量密度锂电池的研发目标，希望在2020年展示能量密度达到400~500Wh/kg的原型器件，并在2025~2030年实现量产。各国为实现既定的高能量密度的目标，均在积极地进行新型电池技术的研发及应用。
安全“芯”策略
“容量越大，散热越慢，产热越大，电池越不安全！”武汉大学艾新平教授指出，锂离子电池的安全性问题严重制约了新能源产业的发展，而热失控是导致安全性问题的根本原因。例如，NCM、NCA材料在200~300℃内存在严重放热，加重了电池的安全隐患！
对锂动力电池的安全性，科研界要做的就是迎接这一挑战，实现电池高性能和高安全之间的平衡，建立从材料（基础）到单体（关键）再到系统（保障）的多级安全保护。艾新平团队的技术思路是，在隔膜表面涂覆一层具有较低熔点的热熔性微球，在高温下，微球融化、坍塌形成聚合物阻碍层，切断两级间离子的传输，中断电池反应，从而防止电池热失控。
固态锂电池引领未来
中国电子科技集团公司研究员肖成伟认为，中长期可以实现产业化的电池体系包括固态电池、锂硫电池和锂空气电池。就目前市场情况来看，一些国外企业研发出的全固态锂电池能量密度可达300~400Wh/kg，其有望成为下一代高能量密度动力和储能电池技术的重要发展方向。
事实的确这样，目前国内固态锂电池配套产业链的一些技术环节，如固体电解质已经取得一定突破。其实，全固态锂电池与传统锂电池一样，包括电池的正极、负极、电解质，其工作原理与传统锂电池的原理相同。在电解质方面，固态锂电池采用固态电解质替代了传统锂电池中的液态电解质，当前主要以氧化物、硫化物、聚合物等作为固体电解质，这是二者的核心差异。
据了解，目前国内电解质的研究主要集中在高电导率的复合型电解质等研发上，应用方面已经有了电池试制品，循环及安全性能优异。
能量与安全性能持续升级，全固态锂电池的研发和应用已成为学术界和产业界的共识。但固态锂电池发展初期存在的许多问题不容忽视。清华大学材料学院南策文教授说道，固体电解质、正极材料体系的选择，固体电解质与电极材料之间的集成、界面反应，全固态锂电池的整体设计、封装，以及综合效能等问题均为“拦路虎”。