新型納米硅鋰電池問(wèn)世，容量是傳統(tǒng)鋰電池的5倍

“十三五”期間，中國(guó)新能源汽車的產(chǎn)銷快速增長(zhǎng)，連續(xù)五年位居全球第一，預(yù)計(jì)到今年年底新能源汽車的保有量將突破500萬(wàn)輛。同時(shí)，中國(guó)在新能源電池的核心技術(shù)方面也不斷傳來(lái)好消息，80歲的中國(guó)鋰電池第一人陳立泉帶著他的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了新型的電池材料。

80歲的中國(guó)工程院院士陳立泉是中國(guó)鋰電產(chǎn)業(yè)的奠基人。上世紀(jì)80年代，陳立泉和團(tuán)隊(duì)在中國(guó)率先開展了固體電解質(zhì)和鋰二次電池研究。1996年，他帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)率先研制出鋰離子電池，率先解決了國(guó)內(nèi)鋰離子電池規(guī)模化生產(chǎn)的科學(xué)技術(shù)與工程問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)鋰離子電池的產(chǎn)業(yè)化。

在江蘇溧陽(yáng)，陳立泉院士的得意門生李泓，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)二十多年的技術(shù)攻關(guān)，在一項(xiàng)鋰電池關(guān)鍵原材料上獲得了突破，并在2017年進(jìn)行了量產(chǎn)。

納米硅負(fù)極材料是他們自主研發(fā)的新材料，用它做成的紐扣電池，其容量是傳統(tǒng)石墨鋰電池的5倍。

硅在自然界中廣泛存在，儲(chǔ)量豐富，砂子的主要成分就是二氧化硅。但是要把金屬硅做成硅負(fù)極材料，就要進(jìn)行特殊的加工處理。在實(shí)驗(yàn)室里，完成這樣的加工處理并不是難事，但是要做成噸級(jí)的硅負(fù)極材料，這就需要大量的技術(shù)攻關(guān)和試驗(yàn)。

中科院物理所從1996年就開始研究納米硅，2012年開始做硅負(fù)極材料生產(chǎn)線，直到2017年才做出第一條生產(chǎn)線，而且不停地調(diào)整修正。經(jīng)歷過(guò)幾千次的失敗才批量生產(chǎn)出了硅負(fù)極材料。目前，溧陽(yáng)這家工廠年產(chǎn)鋰離子電池硅負(fù)極材料可以達(dá)到2000噸。

如果說(shuō)硅負(fù)極材料是未來(lái)提高鋰電池能量密度的一個(gè)很好的選擇，那么固態(tài)電池技術(shù)則是解決目前鋰電池安全性、循環(huán)壽命等問(wèn)題的一種公認(rèn)的有效解決方案。當(dāng)前很多國(guó)家都在積極布局固態(tài)電池的研制，中國(guó)在固態(tài)鋰電池技術(shù)方面的研發(fā)也在與國(guó)際同步。

在溧陽(yáng)的這家工廠里，采用了李泓教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的固態(tài)鋰電池的無(wú)人機(jī)，續(xù)航里程比同樣規(guī)格的無(wú)人機(jī)，增加了20%。奧秘都在這個(gè)黑褐色的材料上，它們就是中科院物理研究所研制的固態(tài)化正極材料。

2018年，這里已經(jīng)完成了300Wh/kg固態(tài)動(dòng)力電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)，在車輛上搭載后，可以使整車?yán)m(xù)航里程增加一倍。2019年，中科院在江蘇溧陽(yáng)建立了固態(tài)電池中試生產(chǎn)線，今年5月，已經(jīng)陸續(xù)有產(chǎn)品開始在消費(fèi)電子類產(chǎn)品中使用。

不過(guò)，李泓告訴記者，這還不是完全意義上的全固態(tài)電池，而是在液態(tài)鋰電池技術(shù)上不斷優(yōu)化的類固態(tài)電池，要想讓汽車?yán)m(xù)航里程更遠(yuǎn)、手機(jī)待機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)、無(wú)人機(jī)飛得更高更遠(yuǎn)，就要研發(fā)更安全、更大容量的全固態(tài)電池。 新型電池層出不窮 “電動(dòng)中國(guó)”正在建設(shè)。

不僅是中科院科物理所，很多企業(yè)也都在探索新能源電池的新技術(shù)、新材料。在廣東珠海的一家新能源公司，一輛純電動(dòng)公交車在公司的充電示范區(qū)進(jìn)行充電。

充電三分多鐘，剩余電量就由33%上升到60%以上，僅僅8分鐘，這輛公交車的電量就充滿了，顯示為99%。

梁工告訴記者，城市公交車線路固定、一個(gè)來(lái)回的公里數(shù)不會(huì)超過(guò)100公里，利用公交司機(jī)休息的時(shí)間充電，可以充分發(fā)揮鈦酸鋰電池充電快的優(yōu)勢(shì)，另外鈦酸鋰電池還有循環(huán)壽命長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。

在這家公司的電池研究院，有一塊從2014年就開始進(jìn)行充放電循環(huán)試驗(yàn)的鈦酸鋰電池，如今六年時(shí)間，充放電已超過(guò)3萬(wàn)次。

在另外一間實(shí)驗(yàn)室，技術(shù)人員給記者演示了鈦酸鋰電池跌落、針刺、切割試驗(yàn)，特別是鋼針刺穿進(jìn)電池之后，沒有發(fā)生燃燒、冒煙等現(xiàn)象，而且電池還能正常使用，同樣鈦酸鋰電池具有寬域的環(huán)境溫度。

盡管鈦酸鋰電池有長(zhǎng)壽命、高安全、充電快的優(yōu)勢(shì)，但是鈦酸鋰電池的能量密度不夠高，只有鋰電池的一半左右。因此，他們把目標(biāo)市場(chǎng)放在了公交車、專用車輛，以及儲(chǔ)能電站等對(duì)能量密度要求不高的應(yīng)用場(chǎng)景。

在儲(chǔ)能電池研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面，中科院物理研究所研發(fā)的鈉離子電池已經(jīng)開啟了商業(yè)化之路。相同的儲(chǔ)電量，鈉離子電池相比鉛酸電池，不僅體積小，而且重量大大減輕，同樣體積鈉離子電池的重量不到鉛酸電池的30%。在一款低速電動(dòng)觀光車上，同樣的空間，儲(chǔ)存的電量增加了60%。

2011年，同樣師從陳立泉院士的中科院物理所研究員胡勇勝帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，開始致力于鈉離子電池技術(shù)的研發(fā)，經(jīng)過(guò)的10年技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)出了鈉離子電池，在國(guó)內(nèi)以及全球鈉離子電池底層研發(fā)及產(chǎn)品應(yīng)用領(lǐng)域都處于領(lǐng)先地位。

相比鋰離子電池，鈉離子電池最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)就是原材料分布廣泛、價(jià)格便宜。生產(chǎn)負(fù)極材料的原料就是經(jīng)過(guò)洗選的煤炭，每噸的價(jià)格不到一千元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于幾萬(wàn)元一噸的石墨價(jià)格。而另一種材料碳酸鈉，同樣資源量豐富，價(jià)格便宜。

鈉離子電池不易燃燒，安全性好，在零下40攝氏度都可以工作，但是能量密度不如鋰電池，目前只能用在低速電動(dòng)車、儲(chǔ)能電站等對(duì)能量密度要求較低的領(lǐng)域。不過(guò)，鈉離子電池的目標(biāo)是用做儲(chǔ)能設(shè)備，目前已經(jīng)開發(fā)出100千瓦時(shí)的儲(chǔ)能電站系統(tǒng)。

對(duì)于未來(lái)動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池發(fā)展的方向，中國(guó)工程院院士陳立泉認(rèn)為，安全性和成本仍然是動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池等技術(shù)攻關(guān)的核心要求。在傳統(tǒng)能源緊缺的情況下，儲(chǔ)能電池能夠促進(jìn)可再生能源并網(wǎng)應(yīng)用，改善峰谷用電矛盾，形成綠色、可持續(xù)的能源結(jié)構(gòu)。

中央關(guān)于“十四五”規(guī)劃的建議中，將新能源、新能源汽車同新一代信息技術(shù)、生物技術(shù)、高端裝備、航空航天、海洋裝備等列為要加快發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。同時(shí)指出，要構(gòu)建戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)增長(zhǎng)引擎，培育新技術(shù)、新產(chǎn)品、新業(yè)態(tài)、新模式。 在節(jié)目中我們看到，科研機(jī)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)化公司，正在通過(guò)不同的技術(shù)路線，攻克新能源發(fā)展的“痛點(diǎn)”。目前，我國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展雖然取得了一定的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，但仍面臨發(fā)展短板的問(wèn)題，核心技術(shù)也有待突破，這些都等待著勇敢者們用智慧去攀登，用堅(jiān)持來(lái)跨越。

記者：康敬峰 毛云李

關(guān)鍵詞： 納米硅鋰電池 傳統(tǒng)鋰電池