北京理工大學(xué)吳鋒教授

近日，在國(guó)軒高科第五屆科技創(chuàng)新大會(huì)暨第四屆動(dòng)力能源高峰論壇上，北京理工大學(xué)吳鋒教授和與會(huì)嘉賓分享了“動(dòng)力電池與相關(guān)材料研究進(jìn)展”。

“國(guó)家的重大需求促進(jìn)了動(dòng)力電池新的飛躍發(fā)展，在保證安全性的前提下，高能量、高功率、長(zhǎng)壽命、低成本、無污染的新型動(dòng)力電池正在根據(jù)不同的用戶需求，形成產(chǎn)業(yè)，走向市場(chǎng)?！眳卿h表示，“鎳氫電池、鋰離子電池、高比能新體系電池和超級(jí)電容器之間的技術(shù)融合十分重要，這種技術(shù)融合的本身也是技術(shù)創(chuàng)新，它將和互聯(lián)網(wǎng)一起，為我國(guó)新型二次電池的發(fā)展，掀開新的篇章！”

吳鋒表示，動(dòng)力電池發(fā)展中面臨以下問題：能否構(gòu)建出新一代高比能電池？能否解決電池的安全可靠性問題？能否實(shí)現(xiàn)電池的長(zhǎng)壽命？能否提高電池的性價(jià)比？

吳鋒介紹，2015年動(dòng)力鋰離子電池能量密度指標(biāo)為電芯120-180 Wh/kg，材料體系主要是磷酸鐵鋰-石墨、三元-石墨。2020年新一代動(dòng)力鋰離子電池能量密度指標(biāo)是：富鋰（250 mAh/g）－硅碳負(fù)極：電芯300 Wh/kg。

動(dòng)力鋰離子電池能量密度的提高，除與正負(fù)極材料相關(guān)外，對(duì)所采用電解液的要求也越來越高。吳鋒表示，采用NCM三元正極材料和Si/C負(fù)極材料，可制備出能量密度319Wh/kg的高比能鋰離子電池。

關(guān)于300Wh/kg動(dòng)力電池材料體系研究進(jìn)展，吳鋒表示，研究了二價(jià)鎳含量對(duì)高鎳三元正極材料NCM811中鋰鎳混排現(xiàn)象的影響，發(fā)現(xiàn)增加鋰的化學(xué)計(jì)量比，可以增加材料中二價(jià)鎳的含量，從而降低材料中的鋰鎳混排，改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。另外，制備了010晶面優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)的高鎳三元正極材料（LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2），電化學(xué)測(cè)量表明該材料具有良高的倍率性能。并設(shè)計(jì)并研制出電化學(xué)活性面優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)的球狀分級(jí)結(jié)構(gòu)，顯著改善鋰離子電池用富鋰錳基材料的倍率循環(huán)特性倍率性能。

在負(fù)極材料研究方面，通過“直接涂膜法”合成無需粘結(jié)劑的SiO/CNx復(fù)合材料電極。含氮碳網(wǎng)可以緩沖其在循環(huán)過程中的體積變化，在SiO表面形成較好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，為電子傳輸提供穩(wěn)定通道。并且采用高能球磨法合成了Si/Ni/石墨復(fù)合材料，金屬Ni和石墨相互交錯(cuò)形成了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，納米晶體Si被原位的嵌在SiOx矩陣中，提高了SiOx的電化學(xué)活性。

對(duì)于功能電解液的研究，設(shè)計(jì)并研制出一種含硅酸鋰的新型泥漿電解液，顯著改善高電壓鋰離子電池正極材料安全、循環(huán)穩(wěn)定等特性。另外還開發(fā)出安全性功能電解質(zhì)和添加劑：將咪唑啉酮類、哌啶環(huán)類離子液體、阻燃型磷酸酯添加劑分別與成膜添加劑亞硫酸丁烯酯復(fù)合，開發(fā)出一系列具有阻燃性和電化學(xué)兼容性的功能電解質(zhì)體系，顯著提高了鋰離子電池的安全可靠性和溫度適應(yīng)性（將使用溫度范圍從-20℃至+60℃拓寬到-40℃至+80℃）。并且研制出具有寬電化學(xué)窗口、高熱穩(wěn)定性和室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到10-3 S/cm量級(jí)的“介孔 SiO2+離子液體” 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固態(tài)化電解質(zhì)，為解決新型高比能電池安全性問題提供了材料支持。

除了電池材料的研究，吳鋒還介紹了電池回收技術(shù)的研究進(jìn)展。他表示，目前二次電池已滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域，電池產(chǎn)量急劇上升，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了巨大的環(huán)境和資源壓力，依據(jù)我國(guó)新能源汽車銷量預(yù)測(cè)，2020年僅動(dòng)力電池的需求就將達(dá)到300億瓦時(shí)，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響將日趨嚴(yán)重，鋰資源也將日漸匱乏。采用環(huán)境友好的天然有機(jī)酸回收新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了廢舊鋰離子電池的綠色高效回收（鋰和鈷浸取率分別為98%和94%），優(yōu)于國(guó)外使用強(qiáng)酸的工藝技術(shù)，避免了強(qiáng)酸回收處理中的二次污染。

【吳鋒簡(jiǎn)介】北京理工大學(xué)能源與環(huán)境材料學(xué)科首席教授，綠色能源研究所所長(zhǎng)；國(guó)際歐亞科學(xué)院院士、中國(guó)電池工業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)副理事長(zhǎng)、國(guó)家973新型二次電池項(xiàng)目首席科學(xué)家、國(guó)家工信部新能源汽車準(zhǔn)入專家委員會(huì)委員。曾任國(guó)家“863”計(jì)劃功能材料專家組成員、副組長(zhǎng)、新材料領(lǐng)域?qū)＜椅瘑T會(huì)委員、常委，國(guó)家科技部鎳氫電池專家組組長(zhǎng)、國(guó)家“863”計(jì)劃電動(dòng)汽車重大專項(xiàng)總體組成員（動(dòng)力電池責(zé)任專家）等，從1988年起，先后參與規(guī)劃和組織了我國(guó)鎳氫電池、鋰離子電池、動(dòng)力電池及相關(guān)材料的研究與產(chǎn)業(yè)化開發(fā)；近年來發(fā)表SCI論文400余篇，主編出版學(xué)術(shù)專著2部，參編多部；獲得發(fā)明專利授權(quán)64項(xiàng)。作為第一獲獎(jiǎng)人，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)各一項(xiàng)，何梁何利獎(jiǎng)，省部級(jí)科技、發(fā)明一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)多項(xiàng)，國(guó)家科技部頒發(fā)的863計(jì)劃突出貢獻(xiàn)獎(jiǎng)和3項(xiàng)國(guó)際獎(jiǎng)。