【中國電池網】北京理工大學吳鋒：動力電池相關材料研究進展
發布日期：2016-02-20 供稿：中國電池網 編輯：新聞中心 趙琳 閱讀次數：
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吳鋒表示，國家的重大需求促進了動力電池新的飛躍發展，在保證安全性的前提下，高能量、高功率、長壽命、低成本、無污染的新型動力電池正在根據不同的用戶需求，形成產業，走向市場。
近日，在國軒高科第五屆科技創新大會暨第四屆動力能源高峰論壇上，北京理工大學吳鋒教授和與會嘉賓分享了“動力電池與相關材料研究進展”。
“國家的重大需求促進了動力電池新的飛躍發展，在保證安全性的前提下，高能量、高功率、長壽命、低成本、無污染的新型動力電池正在根據不同的用戶需求，形成產業，走向市場。”吳鋒表示，“鎳氫電池、鋰離子電池、高比能新體系電池和超級電容器之間的技術融合十分重要，這種技術融合的本身也是技術創新，它將和互聯網一起，為我國新型二次電池的發展，掀開新的篇章！”
吳鋒表示，動力電池發展中面臨以下問題：能否構建出新一代高比能電池？能否解決電池的安全可靠性問題？能否實現電池的長壽命？能否提高電池的性價比？
北京理工大學吳鋒：動力電池相關材料研究進展
吳鋒介紹，2015年動力鋰離子電池能量密度指標為電芯120-180 Wh/kg，材料體系主要是磷酸鐵鋰-石墨、三元-石墨。2020年新一代動力鋰離子電池能量密度指標是：富鋰（250 mAh/g）－硅碳負極：電芯300 Wh/kg。
動力鋰離子電池能量密度的提高，除與正負極材料相關外，對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負極材料，可制備出能量密度319Wh/kg的高比能鋰離子電池。
關于300Wh/kg動力電池材料體系研究進展，吳鋒表示，研究了二價鎳含量對高鎳三元正極材料NCM811中鋰鎳混排現象的影響，發現增加鋰的化學計量比，可以增加材料中二價鎳的含量，從而降低材料中的鋰鎳混排，改善材料的循環穩定性能。另外，制備了010晶面優勢生長的高鎳三元正極材料（LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2），電化學測量表明該材料具有良高的倍率性能。并設計并研制出電化學活性面優勢生長的球狀分級結構，顯著改善鋰離子電池用富鋰錳基材料的倍率循環特性倍率性能。
在負極材料研究方面，通過“直接涂膜法”合成無需粘結劑的SiO/CNx復合材料電極。含氮碳網可以緩沖其在循環過程中的體積變化，在SiO表面形成較好的導電網絡，為電子傳輸提供穩定通道。并且采用高能球磨法合成了Si/Ni/石墨復合材料，金屬Ni和石墨相互交錯形成了良好的導電網絡，納米晶體Si被原位的嵌在SiOx矩陣中，提高了SiOx的電化學活性。
對于功能電解液的研究，設計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、循環穩定等特性。另外還開發出安全性功能電解質和添加劑：將咪唑啉酮類、哌啶環類離子液體、阻燃型磷酸酯添加劑分別與成膜添加劑亞硫酸丁烯酯復合，開發出一系列具有阻燃性和電化學兼容性的功能電解質體系，顯著提高了鋰離子電池的安全可靠性和溫度適應性（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窗口、高熱穩定性和室溫離子電導率達到10-3 S/cm量級的“介孔 SiO2+離子液體” 網絡結構的固態化電解質，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的研究進展。他表示，目前二次電池已滲透到國民經濟和人民生活的各個領域，電池產量急劇上升，對社會產生了巨大的環境和資源壓力，依據我國新能源汽車銷量預測，2020年僅動力電池的需求就將達到300億瓦時，對環境的負面影響將日趨嚴重，鋰資源也將日漸匱乏。采用環境友好的天然有機酸回收新技術，實現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%），優于國外使用強酸的工藝技術，避免了強酸回收處理中的二次污染。
【吳鋒簡介】北京理工大學能源與環境材料學科首席教授，綠色能源研究所所長；國際歐亞科學院院士、中國電池工業協會副理事長、中國化學與物理電源行業協會副理事長、國家973新型二次電池項目首席科學家、國家工信部新能源汽車準入專家委員會委員。曾任國家“863”計劃功能材料專家組成員、副組長、新材料領域專家委員會委員、常委，國家科技部鎳氫電池專家組組長、國家“863”計劃電動汽車重大專項總體組成員（動力電池責任專家）等，從1988年起，先后參與規劃和組織了我國鎳氫電池、鋰離子電池、動力電池及相關材料的研究與產業化開發；近年來發表SCI論文400余篇，主編出版學術專著2部，參編多部；獲得發明專利授權64項。作為第一獲獎人，獲國家技術發明二等獎、國家科技進步二等獎各一項，何梁何利獎，省部級科技、發明一等獎、二等獎多項，國家科技部頒發的863計劃突出貢獻獎和3項國際獎。
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