安全“芯”最重要 固態(tài)鋰電池引領未來

　　支撐我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展需要高比能電池，正極材料是制約高比能鋰離子動力電池發(fā)展的瓶頸。業(yè)內共識，目前材料體系鋰離子電池可用能量密度極限是350Wh/kg，提升鋰離子電池正極材料比能量的方法——高電壓和高容量。

　　安全“芯”策略

　　“容量越大，散熱越慢，產(chǎn)熱越大，電池越不安全!”武漢大學艾新平教授指出，例如，NCM、NCA材料在200~300℃內存在嚴重放熱，加重了電池的安全隱患!

　　對鋰動力電池的安全性，艾新平認為，科研界要做的就是迎接這一挑戰(zhàn)，實現(xiàn)電池高性能和高安全之間的平衡，建立從材料(基礎)到單體(關鍵)再到系統(tǒng)(保障)的多級安全保護。

　　就單體電芯來說，現(xiàn)有安全性措施如PTC限流裝置、壓力安全閥、熱封閉隔膜等只是在一定程度上降低電池發(fā)生事故的概率，并不能從根本上杜絕鋰離子電池的安全性問題。因此，急需發(fā)展新型的電池反應控制技術!如PTC電極、溫度敏感電極材料、熱封閉隔膜等，是解決電池安全性問題的有效途徑，值得關注。

　　艾新平團隊的技術思路是，在隔膜表面涂覆一層具有較低熔點的熱熔性微球，在高溫下，微球融化、坍塌形成聚合物阻礙層，切斷兩級間離子的傳輸，中斷電池反應，從而防止電池熱失控。

　　固態(tài)鋰電池引領未來

　　鋰離子電池最近一個時期仍將是動力、消費電子和中小規(guī)模儲能的最好選擇，高鎳/硅基體系是300Wh/kg電池體系的首選。

　　然而，日、美、中三個主要電池生產(chǎn)國先后制訂了高能量密度鋰電池的研發(fā)目標，希望在2020年展示能量密度達到400~500Wh/kg的原型器件，并在2025~2030年實現(xiàn)量產(chǎn)。各國為實現(xiàn)既定的高能量密度的目標，均在積極地進行新型電池技術的研發(fā)及應用。

　　中國電子科技集團公司第十八研究所研究員肖成偉認為，中長期可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的電池體系包括固態(tài)電池、鋰硫電池和鋰空氣電池。就目前市場情況來看，一些國外企業(yè)研發(fā)出的全固態(tài)鋰電池能量密度可達300~400Wh/kg，其有望成為下一代高能量密度動力和儲能電池技術的重要發(fā)展方向。

　　贛鋒鋰業(yè)許曉雄博士對此表示贊同，他認為，發(fā)展基于固體電解質的固態(tài)動力鋰電池對推動我國高安全鋰二次電池技術的應用推廣具有重要意義和實用價值。而且在我國推動固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，時機與條件已經(jīng)初步具備，需要協(xié)同、合作推進。

　　事實的確這樣，目前國內固態(tài)鋰電池配套產(chǎn)業(yè)鏈的一些技術環(huán)節(jié)，如固體電解質已經(jīng)取得一定突破。

　　其實，全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池一樣，包括電池各單元(正極、負極、電解質)，其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池的原理相同。在電解質方面，固態(tài)鋰電池采用固態(tài)電解質替代了傳統(tǒng)鋰電池中的液態(tài)電解質(有機電解液)，當前主要以氧化物、硫化物、聚合物等作為固體電解質，這是二者的核心差異。

　　據(jù)了解，目前國內電解質的研究主要集中在高電導率的復合型電解質等研發(fā)上，應用方面已經(jīng)有了電池試制品，循環(huán)及安全性能優(yōu)異。

　　能量與安全性能持續(xù)升級，全固態(tài)鋰電池的研發(fā)和應用已成為學術界和產(chǎn)業(yè)界的共識。但固態(tài)鋰電池發(fā)展初期存在的許多問題不容忽視。清華大學材料學院南策文教授說道，固體電解質、正極材料體系的選擇，固體電解質與電極材料之間的集成、界面反應，全固態(tài)鋰電池的整體設計、封裝，以及綜合效能等問題均為“攔路虎”。

　鋰電池回收“一個都不能少”

　　一方面，由于目前鋰電池尤其是高品質的動力電池需求旺盛，鋰電企業(yè)把主要精力放在電池生產(chǎn)上，加上目前動力電池仍在服役期，能夠回收的動力電池不夠多，所以鋰電生產(chǎn)企業(yè)對動力電池梯次利用和回收處理的關注不足。

　　另一方面，未來幾年，隨著在用的大量動力電池陸續(xù)退役，鋰電生產(chǎn)企業(yè)將面臨著如何處理這些電池的巨大壓力。而從經(jīng)濟性角度分析，目前現(xiàn)有廢舊鋰電池的回收設備及工藝只適用于含有鎳、鈷等稀有貴金屬元素的鋰電池，不適用于磷酸鐵鋰電池。但現(xiàn)實情況是，磷酸鐵鋰電池已在電動汽車上大量使用，因此每年將有大量的磷酸鐵鋰電池從電動汽車上退役。

　　所以，提前進行相關技術儲備是極為必要的，回收工藝和設備的應用前景也非常廣闊。

　　基于先梯次利用后拆解再利用的原則，天津理工大學材料學院張聯(lián)齊教授提出了一種綠色回收報廢磷酸鐵鋰電池的新工藝，并建立了中試示范線進行了驗證。通過此設備和工藝，可回收得到高純度的正負極材料和其他副產(chǎn)品(外殼、鋁箔、銅箔和電解液等)。

　　針對大家特別關心的“磷酸鐵鋰電池回收價值不高、沒人愿意回收”的問題，張聯(lián)齊說道，“這些廢舊電池如果不處理或者處理不好，不但會污染環(huán)境，而且還會造成資源浪費;另一方面，這些再資源化的正負極材料改性后重新?lián)诫s到新漿料中，用于生產(chǎn)較低等級的動力電池，可以有效降低新電池的生產(chǎn)成本?！?/p>