锂电池远未触及天花板

2018-07-31      860 次浏览

四部委印发《促进汽车动力电池产业发展行动方案》,对电池性能、产能、安全性、材料和装备提出明确要求。面对1000亿瓦时的跨越式发展图景,产业界当如何面对“层出不穷”的新技术?

中国科学院院士、清华大学材料科学与工程研究院院长南策文,他认为,全固态锂电池会极大提高安全性和性能,但在实现产业化之前,尚需不断提升现有技术。未来,随着新型材料的不断发现,锂电池技术和产业发展空间无限。

南策文说:和一般人理解不同,锂离子电池和普通电子元器件不一样,实际上是个很复杂的系统。比如正极、负极是多种材料复合在一起的,电解液和隔膜也可是多种的混合物。

全固态电池看似简单,其实也很复杂。比如,液态锂离子电池的正极层中,包含了正极活性物质,导电剂、电解液、粘结剂等多种成分,假如换成全固态电解质,因为正极层中没有电解液渗透,多种成分的配比组合问题会很复杂。做液态锂离子电池就像我们和沙子搅水泥铺地面,加水就可以让石子、沙子与水泥调和,但是在全固态电池没有液态物质参与,如何解决固态跟固态材料的界面问题并保证有效物质的活性,挑战很大。

单体电池的能量密度要达到300瓦时/千克,在现有技术体系上研发新产品,难度也不小。一旦超过400~500瓦时/千克,则更需要新的突破。从技术上来说,演进路线是按照时间进行的,但不同技术水平的电池并不是你死我活的关系,可能是并存共生的格局。这意味着,并不是出现新一代电池后,其它电池就会完全淘汰,可能是一个逐渐交替的过程,而且也可能并存较长时间。以铅酸电池为例,虽然其能量密度较低,污染也较大,但到目前为止,铅酸电池并未被锂离子电池完全取代,而且发展得也挺好。原因就在于其成本低、安全性还可以,而且较好解决了回收循环利用等问题,所以至今一直还和锂离子电池并存。不同电池有各自不同特点,存在于不同的适合自身的应用领域。

电池的能量密度是需要综合考虑正极和负极材料,如果发现新的正极材料,比容量和电压比三元或者现有材料要高出很多,电池的能量密度还要上涨。锂电池的极限,或者天花板,至少目前从技术上还看不到。如果非要确定相对的极限,作为高出目前锂离子电池能量密度一个多数量级的锂空气电池,也许可以想象为极限(理论能量密度约为3500瓦时/千克),但700瓦时/千克不是极限。

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