從中國科學(xué)院獲悉，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院唐永炳研究員及其研究團(tuán)隊(duì)的最新成果新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池技術(shù)，近日在國際能源材料頂級期刊《先進(jìn)能源材料》上發(fā)表后，上周又受到德國科學(xué)網(wǎng)“Wissenschaft aktuell”邀請報(bào)道，廣受業(yè)界好評。該技術(shù)若實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將對現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生重大影響。
低成本、高效的全新電池技術(shù)
“該發(fā)現(xiàn)讓人驚奇，是從未報(bào)道過的新電池技術(shù)”，編輯在通知研究成果被期刊錄用時(shí)，將匿名審稿人的評價(jià)這樣傳遞給唐永炳。
目前便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)汽車、可再生能源系統(tǒng)等領(lǐng)域的主要能源轉(zhuǎn)換和存儲設(shè)備都是鋰離子電池，但是商用鋰離子電池的能量密度低、制造成本較高，且傳統(tǒng)鋰離子電池的電極材料含有毒金屬，電池廢棄會造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。特別是當(dāng)前新能源汽車用的動(dòng)力電池行業(yè)需求火爆，但目前動(dòng)力電池技術(shù)仍是攔在新能源汽車發(fā)展前的一條溝壑。不論鋰離子電池組驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，還是燃料電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車，都存在成本和續(xù)航里程的挑戰(zhàn)。
而唐永炳團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池，是一種全新的高效、低成本儲能電池。
這種新型電池把傳統(tǒng)鋰離子電池的正負(fù)極進(jìn)行了調(diào)整，用廉價(jià)且易得的石墨替代目前已批量應(yīng)用于鋰離子電池的鈷酸鋰、錳酸鋰、三元或磷酸鐵鋰作為電池的正極材料;采用鋁箔同時(shí)作為電池負(fù)極材料和負(fù)極集流體;電解液由常規(guī)鋰鹽和碳酸酯類有機(jī)溶劑組成。該電池工作原理有別于傳統(tǒng)鋰離子電池：充電過程中，正極石墨發(fā)生陰離子插層反應(yīng)，而鋁負(fù)極發(fā)生鋁-鋰合金化反應(yīng)，放電過程則相反。這種新型反應(yīng)機(jī)理不僅顯著提高了電池的工作電壓(3.8-4.6V)，同時(shí)大幅降低電池的質(zhì)量、體積、及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度(~220 Wh/kg)。
這種技術(shù)如實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，未來的手機(jī)可能會比現(xiàn)在再輕薄一半，同時(shí)我們的智能手機(jī)再也不需要一天一充電了，更是解決了電動(dòng)汽車電池成本高昂以及續(xù)航里程短的關(guān)鍵問題。不過，目前該電池技術(shù)還有待優(yōu)化，比如需要進(jìn)一步提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性等。
將改變現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)格局
近年來，新能源汽車在政策的支持下風(fēng)靡全球，行業(yè)上游也在諸多利好下迎來爆發(fā)。全球產(chǎn)量居前的龍頭電池廠紛紛在華設(shè)廠。雖然新能源汽車市場的持續(xù)繁榮帶動(dòng)了電池產(chǎn)業(yè)，但不論是純電動(dòng)的動(dòng)力電池，還是以氫為燃料的燃料電池，目前在技術(shù)上仍存在成本和續(xù)航里程挑戰(zhàn)。目前全球?qū)︿囯姷男枨笠悦磕?.7%的速度增長，其市場到2019年將達(dá)到1200億美元(據(jù)美國弗里多尼亞集團(tuán)市場調(diào)查)。
根據(jù)機(jī)動(dòng)車整車出廠合格證統(tǒng)計(jì)，2015年12月，我國新能源汽車生產(chǎn)9.98萬輛，同比增長3倍。工信部部長苗圩在今年兩會上提出，新能源車從2009年的培育期，到現(xiàn)在開始進(jìn)入成長期。2015年產(chǎn)銷30多萬輛，比上年呈現(xiàn)高速增長的趨勢。
苗圩認(rèn)為目前新能源汽車發(fā)展遇到兩個(gè)瓶頸。一是產(chǎn)品端，要集中攻克以動(dòng)力電池為代表的產(chǎn)品性能、可靠性、續(xù)航里程、壽命等難題;二是以應(yīng)用端為代表的充電設(shè)施建設(shè)，需要完善。苗圩表示，工信部對兩個(gè)方面都已經(jīng)做了一些安排，地方政府也有積極作為，可以保證新能源汽車有進(jìn)一步發(fā)展。
目前，政府對于新能源汽車的支持主要集中在市場銷售的后端，在研發(fā)設(shè)計(jì)的前端投入比較少，這種“不平衡”會造成非常大的滯后效應(yīng)，這也是當(dāng)前電池技術(shù)發(fā)展跟不上市場銷量增長的主要內(nèi)因。該新型電池技術(shù)如實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，有望改變現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)格局。
初步估算，500 Kg重量的鋁-石墨電池的續(xù)航里程可達(dá)到約550公里。與傳統(tǒng)的鋰電技術(shù)相比，這種電池具有明顯的優(yōu)勢，不僅生產(chǎn)成本降低約40%-50%，同時(shí)能量密度提高至少1.3-2.0倍。