從材料體系來講,磷酸鐵锂、三元、錳酸锂、其它。占得最多的還是三元。

吳鋒

经国务院批准,世界新能源汽车大会(WNEVC)于2019年7月1-3日在海南博鳌隆重召开。大会着眼于全球汽车产业的转型升级和生态环境的持续改善,通过聚集全球专家智慧和产业精英,共同交流探讨新能源汽车在技术创新、产业创新、政策创新、市场模式创新等领域的成功经验与发展趋势,凝聚产业共识,明晰汽车产业转型升级的方向,探索电动化、智能化、共享化协同发展的有效路径。在2日下午的全体大会上,北京理工大学教授、中国工程院院士吳鋒发表了演讲,内容如下:

尊敬的各位來賓下午好,我的第一排幾乎沒有人了,所以我非常感謝大家堅持到現在聽我們的報告。現在向大家彙報一下,我們在動力電池和相關材料的研發一些情況。

今天很多專家講了發展概況,從八五開始,國家科技部開始立題,電動汽車和相關零部件已經開始啓動,經曆九五、十五一直到現在十三五。我可以說是從頭經曆到現在。

大家看到我們國家對于锂離子電池指標是300,綠色是我們團隊達到的,現在也是不斷在進步。這是2017-2018年,我們國家動力電池配套的排名,大家可以看到,甯德時代是最多的,其次是比亞迪,反正前面幾家基本都集中在我們整個動力電池80%-90%,動力電池下一步可能要洗牌,現在還有幾百家廠,可能會有比較大的動作。

從材料體系來講,磷酸鐵锂、三元、錳酸锂、其它。占得最多的還是三元。

我現在講一下技術進展,我們在富锂錳基材料做了設計,構建仿生膜設計,通過界面保護提高材料續航穩定性,構築能夠選擇性锂離子電池,提高材料倍性。

在分析方面,我們做無集流體,無黏結劑的電極,可以提供更多電化學位點,從而提高電極比容量。在锂硫電池正極材料方面加強能量密度的提高。電池能量密度達到545Wh/kg,我們特殊條件是國際通用的,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、陶瓷高強隔膜、安全電解質,顯著提高安全性。還有基于納米、二氧化钛和粒子液體的凝膠固態電解質,在1300℃/60s不燃。在系統安全屬性方面,我在2015年提出了電池安全阈值邊界的識別和控制,我們團隊鑒于這個概念,建立了相關的安全狀態的數學模型,通過建立這個數學模型,可以將量化的安全度實時顯示在電動汽車儀表盤,給司機提供可視化的安全預警,贏得更多的逃生時間。

在動力電池回收方面,意義不講了,采用了綠色回收技術,用的不是強酸,而是用天然有機酸,最高可以達到99%的回收率,包括钴、锂、鎳,把回收過來的材料再做成正極,也符合正極的要求,這屬于一個內循環,從廢舊正極片到新的正極片。

一個外循環,像廢舊電池的負極,大家知道就是碳,碳價格並不高,可是我們將碳回收回來,做成了碳吸附劑,碳吸附劑可以用來吸附磷,高達588mg/g,把碳的吸附劑放在太湖、邊池嚴重汙染的湖水中,能夠處理汙水,再把處理後的吸附劑含有磷,再把磷放在土壤裏,作爲磷肥緩蝕劑,這是一個外循環,因爲這個量要求很大。

另外今天有些專家提到,剛才大家看到那是三元材料,在2019年磷酸鐵锂有沒有可能重新崛起,在補貼退坡之後,比能量有些奔著200去了,在這種情況下,鑒于上面這些原因,磷酸鐵锂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的。

在高比能正極材料方面,大家在做高鎳或者做低钴、無钴的材料,低钴是大趨勢。富锂錳基是下一代高比能锂離子電池的主要正極材料,因爲在研究當中發現,這裏面實際上氧參與了反應,就從單電子上升爲多電子反應。锂離子電池的極限是250,現在利用這種反應,做出的電池已經做到400了,還有望進一步提升,下一代锂離子電池可以做得比能量更高。

負極很多專家也講了,這裏面一開始還是矽碳複合,純矽好不好,我覺得還要再遠一點。但是用什麽樣的碳,特別是納米化的碳怎麽樣用,你是用碳納米管還是用石墨烯都是需要考慮的。

電解質也是锂離子安全的主要危險因素,下午也有專家講了,往固態化方向發展,現在我覺得目前還達不到全固態,我們現在做了新型仿生蟻穴結構的離子凝膠電解質,在锂金屬表面形成保護層,有效抑制锂枝晶生長。有些東西我們沒法表達,我們也在向仿生方面走,電池要做得綠色。

過去動力電池隔膜比較厚,以後要求高比能的話,高穩定性,要有一定的強度,希望輕質和超薄的。

從總體建設來說,邁向固態化時代,剛才提出了前沿技術有固態電池,現在固態電池流體性和硫化合物的結合還是比較看好的,但是我總覺得還是一步步來,從固態化再向固態走,然後全固態可能還要靠後。

锂硫電池剛才很多人講,他有很高的理論質量密度,可以達到2600,體積能量密度是妨礙在電動車應用的一個很大的問題,美國他們也在做。北京路非常堵,堵的時候車子可以騰空,往前走幾百米再下來,如果你敢這麽想,這個地方就是可以用锂鐵電池,因爲它輕,如果想做成飛行器,要材料本身輕,而不是怕體積。這兩個結合,以後用多了也是非常廣泛的。

我們還做了光充電的二次電池。原來我提出在電解質添加添加劑,電池做成透明的,把光導入,本來是化學電源也加入了物理電源的色彩,太陽能一照,也能充電。大家知道電池儲存的時候時間長了不維護就會有問題。如果能夠通過光充電二次電池,能夠解決電池超長儲存也是很有意義的。原來锂電池是鎳和钛,現在這麽高的鎳,會不會在锂電池産生集聚效應,這可以去探討,能夠把體系做得更豐富。如果把葉綠素引進又把生物放進去了。希望能夠有一些發散的思維。

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

動力電池梯次利用,大型儲能系統所需的管理電池是動力電池數量的幾百倍甚至更多,針對于退役動力電池的一致性和先進的電池管理控制軟件系統提出了更高的要求和挑戰。在電池管理控制系統技術不成熟的前提下,退役動力電池用作移動應急電源等小型儲存系統更爲合適。按照現在的技術,馬上把電動汽車電池退役之後用在太陽能和風電的儲能,從小到大,我認爲是很懸的,最近也有幾個電站發生爆炸,我覺得這裏面可能還需要認真研討。

根據3R&3E策略,采取多種方法回收油價金屬,降低各類汙染。現在實際上回收是非常重要的,大家知道日本就是通過回收技術,過去說我們是地大物博,把“博”變成“薄”,現在不夠了。日本說沒資源,可是就是通過回收,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,繼續開發高能量密度、功率密度、低成本、可靠性的動力電池體系,建立完整的動力電池梯次利用和電池回收再利用體系,加快推進新能源汽車發展。技術發展的不確定性,意味著可能隨時被顛覆;中國動力電池目前狀況是總體産能過剩,優質産能不足,急需進一步創新發展,以期取得具有顛覆性的技術突破。我們現在想做的工作也是在這方面,但是一個真正從基礎做起來顛覆性的工作,並不是一氣呵成,有時候不能太急于求成,有時候這個事情要做五年十年或者十五年,我們現在也在這方面做,現在又要求動力電池那麽低,最近美國提的是80美金/kW,比能量要高,壽命要長,價格要低,所以我覺得從整個材料體系來講,我們都要有些創新性的思路。

謝謝大家。

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