高安全性和可靠性的先進(jìn)電池材料研究進(jìn)展
圖為北京理工大學(xué)吳鋒教授做會(huì )議演講
為了幫助企業(yè)客觀(guān)分析2016年動(dòng)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(dòng)力及儲能電池的開(kāi)發(fā)應用，由中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì )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(chǎng)年會(huì )暨2016年第一屆動(dòng)力電池應用國際峰會(huì )、2016年第二屆中國電池行業(yè)智能制造研討會(huì )”于11月14日在北京拉開(kāi)帷幕。本次年會(huì )聚集了來(lái)自政府主管部門(mén)領(lǐng)導、知名科研機構專(zhuān)家、新能源汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)鏈上中下游的企業(yè)家、投資機構代表以及媒體記者等500多人參會(huì )。
在本次會(huì )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(jìn)電池材料研究進(jìn)展》的專(zhuān)題報告，以下是根據速記整理的內容，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(zhù)名專(zhuān)家，他將會(huì )為我們介紹我國在高安全性電池材料方面的研究進(jìn)展，請大家歡迎吳教授。
吳鋒：大家下午好！今天讓我來(lái)講，題目也是他們給我的，我主要是講這個(gè)主題。咱們前面好多報告都講，現在電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)進(jìn)入我們的生活了，現在有各種各樣的車(chē)，而且也充滿(mǎn)了誘惑，現在新型電池已經(jīng)成為人們關(guān)注的話(huà)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(dòng)。我不說(shuō)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(diǎn)，不要跟著(zhù)他們太炒作。
剛才報告也講了，我們現在實(shí)際上對續駛里程的要求越來(lái)越高，電動(dòng)汽車(chē)競爭對象其實(shí)就是燃油車(chē)，你要和燃油車(chē)一樣有相當的續駛里程，價(jià)格上還能夠相當，這樣的話(huà)才能夠在市場(chǎng)當中占有一席之地?，F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(jué)得作為研究指標這么提是沒(méi)問(wèn)題的，但是有些產(chǎn)業(yè)化指標，多少輛車(chē)，我覺(jué)得是屬于市場(chǎng)行為，不一定這么提。我們上個(gè)月在合肥開(kāi)國際會(huì )議，美國現在那個(gè)負責人劉炬，美國雖然提500km，但是是一個(gè)目標，大家朝這個(gè)方面去努力，最后不一定真正拿這個(gè)數來(lái)考核你，只是一個(gè)奮斗的方向，我們現在有些時(shí)候把這個(gè)東西，什么都指標化了，也有問(wèn)題。
我們動(dòng)力電池的發(fā)展一波三折，前面都講了有多少進(jìn)入十幾強?，F在騙補，上午也有報告講，這個(gè)騙補本來(lái)應該是按照法治來(lái)走的，誰(shuí)騙罰誰(shuí)，但是一宣傳之后，財政部把補貼目前還沒(méi)有給的給平了，所以現在是財政部不給補貼，整車(chē)廠(chǎng)不給電池廠(chǎng)，電池廠(chǎng)不給材料廠(chǎng)，搞成了惡性循環(huán)，所以這個(gè)搞不好變成楊白勞逼死黃世仁了，這個(gè)對我們來(lái)講是個(gè)不應該發(fā)生的事。
這個(gè)里邊電池的安全性，劉秘書(shū)長(cháng)讓我講安全性的問(wèn)題，所以一方面，高比能，高比能肯定要帶來(lái)潛在的化學(xué)不穩定性，現在大家非常關(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(dòng)汽車(chē)的燃燒事故，今年8月三星Note7開(kāi)售，之后不斷的爆出電池起火事故，一周之內幾乎就蒸發(fā)了200億美金的股票?，F在一上飛機就告訴你不要使用三星note7手機，不要上飛機。我們要調節和切斷電源反應等基元步驟和關(guān)鍵材料入手，提高單體電池的安全性，通過(guò)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(gè)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(gè)難燃的或者阻燃的或者不燃的，他們首先碰到的是導電問(wèn)題。圍繞改善電池安全性、增強電化學(xué)性能和實(shí)現柔性化，這是我們在研究安全性電解方面的一些思路，要重點(diǎn)開(kāi)展材料體相、表面、界面及晶界四個(gè)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)材料結合起來(lái)的一些特色。
大家可以看出電池的熱失控反應，主要是從電解質(zhì)的熱失控來(lái)引發(fā)的，我們通過(guò)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(lái)調節和切換電池的熱失控反應。一個(gè)是加入添加劑，一個(gè)是電壓可以高達4.8V，電池也通過(guò)了針刺擠壓、過(guò)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，現在擴展到80度，提高它的溫度適應性，這樣也提高了電池使用當中的可靠性。我們通過(guò)采用不可燃的無(wú)機骨架將離子液體固態(tài)化，我們一個(gè)是用這種固態(tài)化的電解質(zhì)，一個(gè)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(shí)有高室溫電導率，寬電化學(xué)窗口和不可然性。
我們還將離子液體固定在無(wú)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)，具有高的離子導電率，同時(shí)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)穩定窗口，良好的熱穩定性、可塑性等等。電解質(zhì)的材料無(wú)機骨架形成三維骨架，連續的納米結構形成它的離子傳輸的通道，不易燃的離子液體和無(wú)機骨架顯著(zhù)提高它的安全性。我們說(shuō)對于電池安全性來(lái)講，從材料角度，一個(gè)，電極材料，我們采用表面的修飾方法，通過(guò)包覆溫度敏感層，有效防止電池熱失控。還有陶瓷隔膜技術(shù)，現在高端的手機電池和動(dòng)力電池都采用了陶瓷隔膜。還有高溫熱封閉的隔膜，同樣它在高溫下可以切斷電池反應。
我們說(shuō)安全問(wèn)題不僅源于單體電池內部的失控反應，也取決于電池系統的匹配。電池安全域加邊界識別、控制與互聯(lián)網(wǎng)＋智能電池，可在保證基元反應安全性的同時(shí)，多角度確保電池系統的安全性。這是我們一個(gè)課題做的，通過(guò)對電池系統相關(guān)參數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(jià)模型，確定電池系統的安全工作范圍，實(shí)時(shí)根據測量參數對電池組進(jìn)行健康度評價(jià)，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”研制出具有實(shí)施監控與控制的車(chē)載組合電池安全性測試系統。
從電池的比能量和它的安全性綜合來(lái)看，我們原來(lái)提出了多電子反應，后來(lái)發(fā)展到氫元素多電子反應，到氫元素多離子協(xié)同效應，到進(jìn)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(gè)是我們以后高比能電池的一個(gè)發(fā)展的路線(xiàn)。
我們的團隊有北京理工大學(xué)、中科院、清華大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)等等。
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