吳鋒：提升能量密度是二次電池重大應(yīng)用需求和技術(shù)進(jìn)步的驅(qū)動力
圖為北京理工大學(xué)能源與環(huán)境材料學(xué)科首席教授吳鋒在會議上做演講
2016年6月20-21日，青海省人民政府、科學(xué)技術(shù)部、工業(yè)和信息化部、中國電動汽車百人會在青海西寧舉辦，“鋰產(chǎn)業(yè)-新生態(tài)”國際高峰論壇。本屆論壇是“第十七屆中國·青海綠色發(fā)展投資貿(mào)易洽談會”的重要活動之一，體現(xiàn)了“開放合作·綠色發(fā)展”的主題。電池中國網(wǎng)對本屆論壇進(jìn)行了全程直播報道。
6月21日上午，在以“先進(jìn)電池技術(shù)與鋰資源高效利用”為主題的圓桌會議上，北京理工大學(xué)能源與環(huán)境材料學(xué)科首席教授吳鋒做出了演講，以下為演講內(nèi)容：
吳鋒：各位上午好！我發(fā)言的題目主要是圍繞電池研究，包括鋰離子電池等等。
鋰二次電池及其關(guān)鍵材料，是當(dāng)前國際競相研發(fā)的熱點，已成為新一代信息通訊、電動汽車、儲能電站與國防安全等重大應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。儲能也越來越得到重視。最近報告美國NASA研制新型純電動飛機，實現(xiàn)了零排放，以后的商用化也期待著電池技術(shù)的發(fā)展。現(xiàn)在通信發(fā)展到5G，電動汽車也如此，現(xiàn)在“十三五”把能量密度指標(biāo)提的越來越高。儲能也要求有比較高的能量密度和比較高的功率密度，當(dāng)然要求很長的壽命和很低的價格。
對正極材料做的一些仿生的研究，也是為了提高功率密度。我們還研究快充型高容量鋰?yán)与姵卣龢O材料材料。在硅基負(fù)極材料方面，以有機硅工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的工業(yè)肥料為多孔硅原材料。硅基負(fù)極材料本身制造工藝比較簡單，為以后利用有機硅肥料提供技術(shù)路徑，也有利于以后規(guī)模化生產(chǎn)。還有用稻殼制備多孔硅，這也是比較廣泛的原料。
新型電解質(zhì)，用不可燃的無機骨架將離子液體固態(tài)化，我們研制出新型的納米交聯(lián)基的固態(tài)電解質(zhì)，同時具有較高的室溫電導(dǎo)率、較寬的電化學(xué)窗口和不可燃性。NMR研究表明，被限制的離子液體展示出類似于業(yè)態(tài)ILE中離子的流體動力學(xué)特征，具有高的離子傳導(dǎo)性，有較好的熱穩(wěn)定性。如圖，這是鋼性骨架和柔性骨架。
持續(xù)提升能量密度是二次電池重大應(yīng)用需求和技術(shù)進(jìn)步的驅(qū)動力，急需探索新材料。我們2002年開始提出多電子反應(yīng)，到現(xiàn)在經(jīng)過三期的研究，提出多電子反應(yīng)材料體系包括石墨烯基硫/碳3D復(fù)合材料等。我們對石油化工產(chǎn)業(yè)流程副產(chǎn)物的有效利用與開發(fā)，為今后發(fā)展產(chǎn)業(yè)是有好處的。
電池材料的回收和資源化再生研究。回收現(xiàn)在也越來越得到重視，我們在梯次利用方面進(jìn)行過研究，預(yù)測到2020年，全球廢舊鋰電池的數(shù)量約為250億只。我國在這方面有很大的缺口。日本也進(jìn)行了動力電池的回收，這是非常有意義的事情。我們通過檸檬酸處理進(jìn)行動力學(xué)分析，開發(fā)出用抗壞血酸對廢舊電池重金屬離子的綠色浸提技術(shù)。
隨著新能源汽車的快速發(fā)展，動力電池的需求一度呈井噴之勢。2015年我國新能源汽車產(chǎn)量達(dá)到37.9萬輛，動力電池整體出貨量達(dá)到15.7GWH，同比上年增長3倍之多。動力電池的爆發(fā)性需求已延伸到正極、負(fù)極和隔膜、電解液等相關(guān)材料產(chǎn)業(yè)，以及上游鋰礦資源。在工信部提高準(zhǔn)入門檻后，我國動力電池產(chǎn)業(yè)將面臨新一輪的洗牌，從幾千家企業(yè)優(yōu)勝劣汰為上百家。能量密度、安全性、壽命、成本仍然是動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要制約因素，有待材料、電池、工藝系統(tǒng)的創(chuàng)新。
謝謝大家！
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