鋰離子電池未來發(fā)展方向

國家能源發(fā)展的戰(zhàn)略方向已轉(zhuǎn)向加強(qiáng)可再生能源消費(fèi)中的比例，我國政府正不斷加大力度培育和發(fā)展新能源技術(shù)產(chǎn)業(yè)，而動力鋰電池是發(fā)展新能源汽車的關(guān)鍵。目前雖然我國動力鋰電池在電極材料、單體電池、電池系統(tǒng)等關(guān)鍵技術(shù)取得重要進(jìn)展，建成了較為完整的產(chǎn)業(yè)體系，形成了一定的市場規(guī)模，但動力鋰電池仍不能滿足新能源汽車發(fā)展的需求，重要存在3個方面的問題：比能量、安全性和性價比。綜合考慮3方面問題，以金屬鋰為負(fù)極、固體鋰離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的鋰空氣或鋰硫電池是未來的發(fā)展方向。

1.比能量

目前，電動汽車用動力鋰電池正極材料以磷酸鐵鋰（LFP）為主，負(fù)極材料仍重要采用石墨材料，其比能量約為90～140Wh/kg。預(yù)期至2020年，能量型動力鋰電池系統(tǒng)比能量達(dá)到250Wh/kg，成本下降至1.0元/Wh。正極材料的發(fā)展以高容量、高電壓為重要取向，典型代表是富鋰過渡金屬氧化物，比容量可達(dá)250mAh/g，充電電位4.8V；高容量硅材料是新型鋰離子電池負(fù)極材料的重要發(fā)展方向，重要包括硅碳復(fù)合材料、硅金屬合金材料和硅氧化物材料等。預(yù)計(jì)2030年，能量型動力鋰電池系統(tǒng)比能量達(dá)到500Wh/kg。開發(fā)鋰硫電池、鋰空電池等新體系電池，正極材料以硫/碳復(fù)合材料或氧電極催化劑材料為主；金屬鋰為負(fù)極材料重要發(fā)展方向，開發(fā)表面涂層材料、合金材料等。

2.安全性

提高動力鋰離子電池安全性和可靠性，要建立從材料、電池及關(guān)鍵部件到系統(tǒng)安全保障等一系列技術(shù)措施。安全性電極材料可根據(jù)微區(qū)溫度及電壓變化快速關(guān)閉危險性反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)電池單體的可逆保護(hù)；通過在隔膜表面修飾納米氧化物陶瓷材料開發(fā)新型安全性隔膜材料，降低電池內(nèi)短路率；電池的另一個重大安全性隱患重要是因?yàn)槭褂靡簯B(tài)有機(jī)電解液，易引發(fā)起火、爆炸等問題，而固體電解質(zhì)在防止這些安全事故方面具有很大的優(yōu)勢。系統(tǒng)安全性問題的提高重要依靠電源管理系統(tǒng)(BMS)的不斷升級，實(shí)時監(jiān)測電池工作狀態(tài)，有效保持電池間的均衡。

3.性價比

性價比的高低是實(shí)現(xiàn)動力鋰離子電池全面應(yīng)用的關(guān)鍵性問題之一。未來動力鋰電池不僅要求比能量更高、續(xù)航里程更遠(yuǎn)，而且還要求成本及消費(fèi)價格低于石化能源。