高安全性和可靠性的先進電池材料研究進展
圖為北京理工大學(xué)吳鋒教授做會議演講
為了幫助企業(yè)客觀分析2016年動力電池行業(yè)運行情況，正確把握行業(yè)發(fā)展趨勢，加大動力及儲能電池的開發(fā)應(yīng)用，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會和電池中國網(wǎng)聯(lián)合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網(wǎng)絡(luò)科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場年會暨2016年第一屆動力電池應(yīng)用國際峰會、2016年第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會聚集了來自政府主管部門領(lǐng)導(dǎo)、知名科研機構(gòu)專家、新能源汽車動力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的企業(yè)家、投資機構(gòu)代表以及媒體記者等500多人參會。
在本次會議上，北京理工大學(xué)教授吳鋒做了題為《高安全性和可靠性的先進電池材料研究進展》的專題報告，以下是根據(jù)速記整理的內(nèi)容，未經(jīng)本人審核，僅供參考。
下面有請北京理工大學(xué)吳鋒教授，吳鋒教授是電池研究方面的著名專家，他將會為我們介紹我國在高安全性電池材料方面的研究進展，請大家歡迎吳教授。
吳鋒：大家下午好！今天讓我來講，題目也是他們給我的，我主要是講這個主題。咱們前面好多報告都講，現(xiàn)在電動汽車已經(jīng)進入我們的生活了，現(xiàn)在有各種各樣的車，而且也充滿了誘惑，現(xiàn)在新型電池已經(jīng)成為人們關(guān)注的話題和金融投資界青睞的對象，但是也不乏被人炒作，引起各界的躁動。我不說大家也都明白，特別是我希望媒體的同事們能夠稍微注意點，不要跟著他們太炒作。
剛才報告也講了，我們現(xiàn)在實際上對續(xù)駛里程的要求越來越高，電動汽車競爭對象其實就是燃油車，你要和燃油車一樣有相當?shù)睦m(xù)駛里程，價格上還能夠相當，這樣的話才能夠在市場當中占有一席之地。現(xiàn)在國家把指標都提的很高，在這兒我們肖主任都是參與的，都很明白。上午的報告也講了300km、400km、500km，我覺得作為研究指標這么提是沒問題的，但是有些產(chǎn)業(yè)化指標，多少輛車，我覺得是屬于市場行為，不一定這么提。我們上個月在合肥開國際會議，美國現(xiàn)在那個負責(zé)人劉炬，美國雖然提500km，但是是一個目標，大家朝這個方面去努力，最后不一定真正拿這個數(shù)來考核你，只是一個奮斗的方向，我們現(xiàn)在有些時候把這個東西，什么都指標化了，也有問題。
我們動力電池的發(fā)展一波三折，前面都講了有多少進入十幾強。現(xiàn)在騙補，上午也有報告講，這個騙補本來應(yīng)該是按照法治來走的，誰騙罰誰，但是一宣傳之后，財政部把補貼目前還沒有給的給平了，所以現(xiàn)在是財政部不給補貼，整車廠不給電池廠，電池廠不給材料廠，搞成了惡性循環(huán)，所以這個搞不好變成楊白勞逼死黃世仁了，這個對我們來講是個不應(yīng)該發(fā)生的事。
這個里邊電池的安全性，劉秘書長讓我講安全性的問題，所以一方面，高比能，高比能肯定要帶來潛在的化學(xué)不穩(wěn)定性，現(xiàn)在大家非常關(guān)注的，電池的安全性是非常關(guān)注的。大家也知道，我們國家1月—8月，先后發(fā)生了14起的電動汽車的燃燒事故，今年8月三星Note7開售，之后不斷的爆出電池起火事故，一周之內(nèi)幾乎就蒸發(fā)了200億美金的股票。現(xiàn)在一上飛機就告訴你不要使用三星note7手機，不要上飛機。我們要調(diào)節(jié)和切斷電源反應(yīng)等基元步驟和關(guān)鍵材料入手，提高單體電池的安全性，通過探究電池的安全閾值邊界。
鋰離子電池和鎳氫電池、鉛酸電池不同，它的電解質(zhì)是有機溶液，而另一個鎳氫和鉛酸是水溶液，所以我們首先從電解質(zhì)入手。電解質(zhì)方面，你要把電解質(zhì)變成一個難燃的或者阻燃的或者不燃的，他們首先碰到的是導(dǎo)電問題。圍繞改善電池安全性、增強電化學(xué)性能和實現(xiàn)柔性化，這是我們在研究安全性電解方面的一些思路，要重點開展材料體相、表面、界面及晶界四個方面的研究。另外將柔性化技術(shù)與電池新體系固態(tài)電解質(zhì)材料結(jié)合起來的一些特色。
大家可以看出電池的熱失控反應(yīng)，主要是從電解質(zhì)的熱失控來引發(fā)的，我們通過在電解質(zhì)中加入阻燃添加劑，引入離子液體，采用固態(tài)電解質(zhì)，來調(diào)節(jié)和切換電池的熱失控反應(yīng)。一個是加入添加劑，一個是電壓可以高達4.8V，電池也通過了針刺擠壓、過充等安全性能。另外，還加入亞硫酸酯添加劑，使鋰離子電池在負40度到60度，現(xiàn)在擴展到80度，提高它的溫度適應(yīng)性，這樣也提高了電池使用當中的可靠性。我們通過采用不可燃的無機骨架將離子液體固態(tài)化，我們一個是用這種固態(tài)化的電解質(zhì)，一個是納米交聯(lián)基的固態(tài)化電解質(zhì)，還有有機硅基離子磷酸電解質(zhì)。我們還研制出一種新型的納米交聯(lián)基固態(tài)電解質(zhì)，同時有高室溫電導(dǎo)率，寬電化學(xué)窗口和不可然性。
我們還將離子液體固定在無機骨架中，形成了離子凝膠固態(tài)電解質(zhì)，將其原位覆蓋在電極表面，所制備鋰離子電池。離子凝膠固態(tài)電解質(zhì)，具有高的離子導(dǎo)電率，同時能夠達到10的負3次方，大家知道10的負3次方是關(guān)鍵的指標。另外，有寬的電化學(xué)穩(wěn)定窗口，良好的熱穩(wěn)定性、可塑性等等。電解質(zhì)的材料無機骨架形成三維骨架，連續(xù)的納米結(jié)構(gòu)形成它的離子傳輸?shù)耐ǖ溃灰兹嫉碾x子液體和無機骨架顯著提高它的安全性。我們說對于電池安全性來講，從材料角度，一個，電極材料，我們采用表面的修飾方法，通過包覆溫度敏感層，有效防止電池?zé)崾Э亍＿€有陶瓷隔膜技術(shù)，現(xiàn)在高端的手機電池和動力電池都采用了陶瓷隔膜。還有高溫?zé)岱忾]的隔膜，同樣它在高溫下可以切斷電池反應(yīng)。
我們說安全問題不僅源于單體電池內(nèi)部的失控反應(yīng)，也取決于電池系統(tǒng)的匹配。電池安全域加邊界識別、控制與互聯(lián)網(wǎng)＋智能電池，可在保證基元反應(yīng)安全性的同時，多角度確保電池系統(tǒng)的安全性。這是我們一個課題做的，通過對電池系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)安全愈加邊界的識別與控制，建立了工況條件下電池組健康度的評價模型，確定電池系統(tǒng)的安全工作范圍，實時根據(jù)測量參數(shù)對電池組進行健康度評價，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”研制出具有實施監(jiān)控與控制的車載組合電池安全性測試系統(tǒng)。
從電池的比能量和它的安全性綜合來看，我們原來提出了多電子反應(yīng)，后來發(fā)展到氫元素多電子反應(yīng)，到氫元素多離子協(xié)同效應(yīng)，到進一步新體系的固態(tài)，一直到以后向全固態(tài)電池發(fā)展，這個是我們以后高比能電池的一個發(fā)展的路線。
我們的團隊有北京理工大學(xué)、中科院、清華大學(xué)、南開大學(xué)等等。
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