在國內，動力鋰電池作為發(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，我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)航動力鋰離子電池新材料與新體系研究”項目，旨在研發(fā)高能量密度、高安全性鋰離子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)航動力鋰離子電池，或將成為我國新能源汽車的未來之芯。

挑戰(zhàn)電池極限能量密度

“提高動力鋰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?！比涨埃钽邮苡浾卟稍L時說。

作為國家新能源汽車動力鋰電池研發(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，并為公司同步開發(fā)300Wh/kg電芯供應重要參考依據和指導意見。

“長續(xù)航動力鋰離子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。

量產電芯能量密度300Wh/kg可實現

記者從公司申報的公開研發(fā)方法中發(fā)現，關于300Wh/kg的鋰離子動力鋰電池路線，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，量產電芯能量密度達到300Wh/kg的技術指標可以實現?！崩钽f。

在近期的新體系電池研究方面，“長續(xù)航動力鋰離子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。一些研究團隊提出采用固體電解質或混合固液電解質，來解決使用或含有金屬鋰負極的電池面對的重要技術挑戰(zhàn)?！崩钽f。

我國科學院在2013年十一月布局了我國科學院戰(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)化技術方面取得了進展。

技術路線清晰但仍面對挑戰(zhàn)

“目前開發(fā)生產的液態(tài)電解質鋰離子電池的軟包電芯中，一般液體電解質重量百分比為15%—25%，負極為碳、硅等。從長遠看，未來要發(fā)展全固態(tài)金屬鋰離子電池，負極含有金屬鋰，電池中不含任何液體?！崩钽f。

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

此外，大規(guī)模生產金屬鋰離子電池的干燥房等生產環(huán)境控制技術也已經掌握。盡管開發(fā)混合固液電解質電池和全固態(tài)金屬鋰離子電池，還面對很多科學與技術的挑戰(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)造性的綜合解決方法，即便困難重重，也是充滿希望?！崩钽f。