從材料體系來(lái)講,磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰、其它。占得最多的還是三元。

吳鋒

經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),世界新能源汽車(chē)大會(huì)(WNEVC)于2019年7月1-3日在海南博鰲隆重召開(kāi)。大會(huì)著眼于全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善,通過(guò)聚集全球?qū)<抑腔酆彤a(chǎn)業(yè)精英,共同交流探討新能源汽車(chē)在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新、政策創(chuàng)新、市場(chǎng)模式創(chuàng)新等領(lǐng)域的成功經(jīng)驗(yàn)與發(fā)展趨勢(shì),凝聚產(chǎn)業(yè)共識(shí),明晰汽車(chē)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的方向,探索電動(dòng)化、智能化、共享化協(xié)同發(fā)展的有效路徑。在2日下午的全體大會(huì)上,北京理工大學(xué)教授、中國(guó)工程院院士吳鋒發(fā)表了演講,內(nèi)容如下:

尊敬的各位來(lái)賓下午好,我的第一排幾乎沒(méi)有人了,所以我非常感謝大家堅(jiān)持到現(xiàn)在聽(tīng)我們的報(bào)告?,F(xiàn)在向大家匯報(bào)一下,我們?cè)趧?dòng)力電池和相關(guān)材料的研發(fā)一些情況。

今天很多專家講了發(fā)展概況,從八五開(kāi)始,國(guó)家科技部開(kāi)始立題,電動(dòng)汽車(chē)和相關(guān)零部件已經(jīng)開(kāi)始啟動(dòng),經(jīng)歷九五、十五一直到現(xiàn)在十三五。我可以說(shuō)是從頭經(jīng)歷到現(xiàn)在。

大家看到我們國(guó)家對(duì)于鋰離子電池指標(biāo)是300,綠色是我們團(tuán)隊(duì)達(dá)到的,現(xiàn)在也是不斷在進(jìn)步。這是2017-2018年,我們國(guó)家動(dòng)力電池配套的排名,大家可以看到,寧德時(shí)代是最多的,其次是比亞迪,反正前面幾家基本都集中在我們整個(gè)動(dòng)力電池80%-90%,動(dòng)力電池下一步可能要洗牌,現(xiàn)在還有幾百家廠,可能會(huì)有比較大的動(dòng)作。

從材料體系來(lái)講,磷酸鐵鋰、三元、錳酸鋰、其它。占得最多的還是三元。

我現(xiàn)在講一下技術(shù)進(jìn)展,我們?cè)诟讳囧i基材料做了設(shè)計(jì),構(gòu)建仿生膜設(shè)計(jì),通過(guò)界面保護(hù)提高材料續(xù)航穩(wěn)定性,構(gòu)筑能夠選擇性鋰離子電池,提高材料倍性。

在分析方面,我們做無(wú)集流體,無(wú)黏結(jié)劑的電極,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加強(qiáng)能量密度的提高。電池能量密度達(dá)到545Wh/kg,我們特殊條件是國(guó)際通用的,很多人講了很多安全性方面的東西,安全性從材料入手,包括溫度敏感電極、陶瓷高強(qiáng)隔膜、安全電解質(zhì),顯著提高安全性。還有基于納米、二氧化鈦和粒子液體的凝膠固態(tài)電解質(zhì),在1300℃/60s不燃。在系統(tǒng)安全屬性方面,我在2015年提出了電池安全閾值邊界的識(shí)別和控制,我們團(tuán)隊(duì)鑒于這個(gè)概念,建立了相關(guān)的安全狀態(tài)的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)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(dòng)汽車(chē)儀表盤(pán),給司機(jī)提供可視化的安全預(yù)警,贏得更多的逃生時(shí)間。

在動(dòng)力電池回收方面,意義不講了,采用了綠色回收技術(shù),用的不是強(qiáng)酸,而是用天然有機(jī)酸,最高可以達(dá)到99%的回收率,包括鈷、鋰、鎳,把回收過(guò)來(lái)的材料再做成正極,也符合正極的要求,這屬于一個(gè)內(nèi)循環(huán),從廢舊正極片到新的正極片。

一個(gè)外循環(huán),像廢舊電池的負(fù)極,大家知道就是碳,碳價(jià)格并不高,可是我們將碳回收回來(lái),做成了碳吸附劑,碳吸附劑可以用來(lái)吸附磷,高達(dá)588mg/g,把碳的吸附劑放在太湖、邊池嚴(yán)重污染的湖水中,能夠處理污水,再把處理后的吸附劑含有磷,再把磷放在土壤里,作為磷肥緩蝕劑,這是一個(gè)外循環(huán),因?yàn)檫@個(gè)量要求很大。

另外今天有些專家提到,剛才大家看到那是三元材料,在2019年磷酸鐵鋰有沒(méi)有可能重新崛起,在補(bǔ)貼退坡之后,比能量有些奔著200去了,在這種情況下,鑒于上面這些原因,磷酸鐵鋰有可能還要再次崛起。

我們主要還是集中在提高安全性、提升比能量,提升壽命、控制成本,壽命和成本也是密切相關(guān)的。

在高比能正極材料方面,大家在做高鎳或者做低鈷、無(wú)鈷的材料,低鈷是大趨勢(shì)。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),這里面實(shí)際上氧參與了反應(yīng),就從單電子上升為多電子反應(yīng)。鋰離子電池的極限是250,現(xiàn)在利用這種反應(yīng),做出的電池已經(jīng)做到400了,還有望進(jìn)一步提升,下一代鋰離子電池可以做得比能量更高。

負(fù)極很多專家也講了,這里面一開(kāi)始還是硅碳復(fù)合,純硅好不好,我覺(jué)得還要再遠(yuǎn)一點(diǎn)。但是用什么樣的碳,特別是納米化的碳怎么樣用,你是用碳納米管還是用石墨烯都是需要考慮的。

電解質(zhì)也是鋰離子安全的主要危險(xiǎn)因素,下午也有專家講了,往固態(tài)化方向發(fā)展,現(xiàn)在我覺(jué)得目前還達(dá)不到全固態(tài),我們現(xiàn)在做了新型仿生蟻穴結(jié)構(gòu)的離子凝膠電解質(zhì),在鋰金屬表面形成保護(hù)層,有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。有些東西我們沒(méi)法表達(dá),我們也在向仿生方面走,電池要做得綠色。

過(guò)去動(dòng)力電池隔膜比較厚,以后要求高比能的話,高穩(wěn)定性,要有一定的強(qiáng)度,希望輕質(zhì)和超薄的。

從總體建設(shè)來(lái)說(shuō),邁向固態(tài)化時(shí)代,剛才提出了前沿技術(shù)有固態(tài)電池,現(xiàn)在固態(tài)電池流體性和硫化合物的結(jié)合還是比較看好的,但是我總覺(jué)得還是一步步來(lái),從固態(tài)化再向固態(tài)走,然后全固態(tài)可能還要靠后。

鋰硫電池剛才很多人講,他有很高的理論質(zhì)量密度,可以達(dá)到2600,體積能量密度是妨礙在電動(dòng)車(chē)應(yīng)用的一個(gè)很大的問(wèn)題,美國(guó)他們也在做。北京路非常堵,堵的時(shí)候車(chē)子可以騰空,往前走幾百米再下來(lái),如果你敢這么想,這個(gè)地方就是可以用鋰鐵電池,因?yàn)樗p,如果想做成飛行器,要材料本身輕,而不是怕體積。這兩個(gè)結(jié)合,以后用多了也是非常廣泛的。

我們還做了光充電的二次電池。原來(lái)我提出在電解質(zhì)添加添加劑,電池做成透明的,把光導(dǎo)入,本來(lái)是化學(xué)電源也加入了物理電源的色彩,太陽(yáng)能一照,也能充電。大家知道電池儲(chǔ)存的時(shí)候時(shí)間長(zhǎng)了不維護(hù)就會(huì)有問(wèn)題。如果能夠通過(guò)光充電二次電池,能夠解決電池超長(zhǎng)儲(chǔ)存也是很有意義的。原來(lái)鋰電池是鎳和鈦,現(xiàn)在這么高的鎳,會(huì)不會(huì)在鋰電池產(chǎn)生集聚效應(yīng),這可以去探討,能夠把體系做得更豐富。如果把葉綠素引進(jìn)又把生物放進(jìn)去了。希望能夠有一些發(fā)散的思維。

在2002年,我提了多電子反應(yīng),6年以后,我們提出去輕元素多電子反應(yīng),第三期提出了輕元素多電子多離子反應(yīng),能量密度從300到400到500,上了三個(gè)臺(tái)階,把電池反應(yīng)從單電子反應(yīng)走向了多電子反應(yīng),這樣對(duì)于高比能電池是非常有意義的,包括美國(guó)和日本的計(jì)劃都用了我們這些概念。

動(dòng)力電池梯次利用,大型儲(chǔ)能系統(tǒng)所需的管理電池是動(dòng)力電池?cái)?shù)量的幾百倍甚至更多,針對(duì)于退役動(dòng)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(dòng)力電池用作移動(dòng)應(yīng)急電源等小型儲(chǔ)存系統(tǒng)更為合適。按照現(xiàn)在的技術(shù),馬上把電動(dòng)汽車(chē)電池退役之后用在太陽(yáng)能和風(fēng)電的儲(chǔ)能,從小到大,我認(rèn)為是很懸的,最近也有幾個(gè)電站發(fā)生爆炸,我覺(jué)得這里面可能還需要認(rèn)真研討。

根據(jù)3R&3E策略,采取多種方法回收油價(jià)金屬,降低各類(lèi)污染?,F(xiàn)在實(shí)際上回收是非常重要的,大家知道日本就是通過(guò)回收技術(shù),過(guò)去說(shuō)我們是地大物博,把“博”變成“薄”,現(xiàn)在不夠了。日本說(shuō)沒(méi)資源,可是就是通過(guò)回收,每年回收的金比南非還要多,銀比波蘭還要多。

在保障安全性前提下,繼續(xù)開(kāi)發(fā)高能量密度、功率密度、低成本、可靠性的動(dòng)力電池體系,建立完整的動(dòng)力電池梯次利用和電池回收再利用體系,加快推進(jìn)新能源汽車(chē)發(fā)展。技術(shù)發(fā)展的不確定性,意味著可能隨時(shí)被顛覆;中國(guó)動(dòng)力電池目前狀況是總體產(chǎn)能過(guò)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。我們現(xiàn)在想做的工作也是在這方面,但是一個(gè)真正從基礎(chǔ)做起來(lái)顛覆性的工作,并不是一氣呵成,有時(shí)候不能太急于求成,有時(shí)候這個(gè)事情要做五年十年或者十五年,我們現(xiàn)在也在這方面做,現(xiàn)在又要求動(dòng)力電池那么低,最近美國(guó)提的是80美金/kW,比能量要高,壽命要長(zhǎng),價(jià)格要低,所以我覺(jué)得從整個(gè)材料體系來(lái)講,我們都要有些創(chuàng)新性的思路。

謝謝大家。

[責(zé)任編輯:趙卓然]

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