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長續(xù)航動力鋰電池:新能源汽車的“未來芯”

   2018-01-10 科技日報13570
核心提示:近日,有媒體報道,電動汽車制造商菲斯克(Fisker)剛剛申請了一項固態(tài)電池專利,這項專利使得電動汽車的續(xù)航能力提高到令人震驚的
近日,有媒體報道,電動汽車制造商菲斯克(Fisker)剛剛申請了一項固態(tài)電池專利,這項專利使得電動汽車的續(xù)航能力提高到令人震驚的804公里,充電時間也縮短到一分鐘。

在國內(nèi),動力電池作為發(fā)展電動汽車的核心部件之一,一直是電池領域研究的熱點。在2016年啟動的國家重點研發(fā)計劃新能源汽車重點專項中,中國科學院物理研究所清潔能源實驗室研究員李泓負責的“長續(xù)航動力鋰電池新材料與新體系研究”項目,旨在研發(fā)高能量密度、高安全性鋰電池以提高電動汽車續(xù)航里程,項目提出的研究鋰離子電池、半固態(tài)鋰硫電池、固態(tài)鋰空氣電池三種長續(xù)航動力鋰電池,或?qū)⒊蔀槲覈履茉雌嚨奈磥碇尽?br />
挑戰(zhàn)電池極限能量密度

“提高動力電池電芯能量密度達到400Wh/kg以上,將有利于顯著提高電動汽車的續(xù)駛里程。以北汽EV200為例,400Wh/kg電芯,相當于800Wh/L以上體積能量密度。保持現(xiàn)有電池包體積和每噸百公里電耗不變,一次充電不僅可以續(xù)航620公里;還可以降低成本、延長使用壽命,解決目前電動汽車與燃油車性能之間的較大差異。”日前,李泓接受科技日報記者采訪時說。

作為國家新能源汽車動力電池研發(fā)整體布局的一個重要環(huán)節(jié),該項目的任務是在產(chǎn)業(yè)鏈最前端開發(fā)400Wh/kg以上能量密度的新型電池,積累高能量密度電池的關鍵基礎科學問題的認識與關鍵技術(shù),并為企業(yè)同步開發(fā)300Wh/kg電芯提供重要參考依據(jù)和指導意見。

“長續(xù)航動力鋰電池新材料與新體系研究”研發(fā)團隊就是在該項目中承擔挑戰(zhàn)電池極限能量密度的任務。

量產(chǎn)電芯能量密度300Wh/kg可實現(xiàn)

記者從企業(yè)申報的公開研發(fā)方案中發(fā)現(xiàn),對于300Wh/kg的鋰離子動力電池路線,有項目團隊選擇了高鎳正極和納米硅碳負極。

“從最近的進展看,量產(chǎn)電芯能量密度達到300Wh/kg的技術(shù)指標可以實現(xiàn)。”李泓說。

在近期的新體系電池研究方面,“長續(xù)航動力鋰電池新材料與新體系研究”研發(fā)團隊采用的富鋰材料為正極,硅碳材料為負極的電芯能量密度達到了348Wh/kg,而以富鋰材料為正極、金屬鋰為負極的電芯比能量達到573Wh/kg;鋰硫電池比能量達到600Wh/kg;一次鋰空電池比能量達到780Wh/kg。

“超過300Wh/kg的高能量密度電池的開發(fā),負極含有金屬鋰是一個重要的共性技術(shù)。一些研究團隊提出采用固體電解質(zhì)或混合固液電解質(zhì),來解決使用或含有金屬鋰負極的電池面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。”李泓說。

中國科學院在2013年11月布局了中國科學院戰(zhàn)略先導A類項目,該項目同時支持了固態(tài)電池的開發(fā),其中三個團隊分別在聚合物、硫化物和原位固態(tài)化技術(shù)方面取得了進展。

技術(shù)路線清晰但仍面臨挑戰(zhàn)

“目前開發(fā)生產(chǎn)的液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池的軟包電芯中,一般液體電解質(zhì)重量百分比為15%—25%,負極為碳、硅等。從長遠看,未來需要發(fā)展全固態(tài)金屬鋰電池,負極含有金屬鋰,電池中不含任何液體。”李泓說。

雖然技術(shù)路線較為清晰,但目前面臨很大的挑戰(zhàn)。李泓說,從開發(fā)混合固液電解質(zhì)電池和全固態(tài)金屬鋰電池產(chǎn)業(yè)來看,需要重點開發(fā)固體電解質(zhì)和金屬鋰材料,解決界面離子和電子傳輸,以及體積形變、熱穩(wěn)定性問題。多數(shù)制造設備可以通過采用現(xiàn)有鋰離子電池和一次金屬鋰電池產(chǎn)業(yè)的制造裝備來實現(xiàn)。

此外,大規(guī)模生產(chǎn)金屬鋰電池的干燥房等生產(chǎn)環(huán)境控制技術(shù)也已經(jīng)掌握。盡管開發(fā)混合固液電解質(zhì)電池和全固態(tài)金屬鋰電池,還面臨很多科學與技術(shù)的挑戰(zhàn),也包括控制成本方面的挑戰(zhàn)。

“只要扎實深入地研究清楚其中的基礎科學問題,提出可行的創(chuàng)造性的綜合解決方案,即便困難重重,也是充滿希望。”李泓說。
 
標簽: 鋰電
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