高安全性和可靠性的先進電池材料研究進展
圖為北京理工大學吳鋒教授做會議演講
為了幫助企業客觀分析2016年動力電池行業運行情況，正確把握行業發展趨勢，加大動力及儲能電池的開發應用，由中國化學與物理電源行業協會和電池中國網聯合主辦，雙登集團股份有限公司、壹能（北京）網絡科技有限公司共同承辦的“2016年第五屆中國電池市場年會暨2016年第一屆動力電池應用國際峰會、2016年第二屆中國電池行業智能制造研討會”于11月14日在北京拉開帷幕。本次年會聚集了來自政府主管部門領導、知名科研機構專家、新能源汽車動力電池產業鏈上中下游的企業家、投資機構代表以及媒體記者等500多人參會。
在本次會議上，北京理工大學教授吳鋒做了題為《高安全性和可靠性的先進電池材料研究進展》的專題報告，以下是根據速記整理的內容，未經本人審核，僅供參考。
下面有請北京理工大學吳鋒教授，吳鋒教授是電池研究方面的著名專家，他將會為我們介紹我國在高安全性電池材料方面的研究進展，請大家歡迎吳教授。
吳鋒：大家下午好！今天讓我來講，題目也是他們給我的，我主要是講這個主題。咱們前面好多報告都講，現在電動汽車已經進入我們的生活了，現在有各種各樣的車，而且也充滿了誘惑，現在新型電池已經成為人們關注的話題和金融投資界青睞的對象，但是也不乏被人炒作，引起各界的躁動。我不說大家也都明白，特別是我希望媒體的同事們能夠稍微注意點，不要跟著他們太炒作。
剛才報告也講了，我們現在實際上對續駛里程的要求越來越高，電動汽車競爭對象其實就是燃油車，你要和燃油車一樣有相當的續駛里程，價格上還能夠相當，這樣的話才能夠在市場當中占有一席之地。現在國家把指標都提的很高，在這兒我們肖主任都是參與的，都很明白。上午的報告也講了300km、400km、500km，我覺得作為研究指標這么提是沒問題的，但是有些產業化指標，多少輛車，我覺得是屬于市場行為，不一定這么提。我們上個月在合肥開國際會議，美國現在那個負責人劉炬，美國雖然提500km，但是是一個目標，大家朝這個方面去努力，最后不一定真正拿這個數來考核你，只是一個奮斗的方向，我們現在有些時候把這個東西，什么都指標化了，也有問題。
我們動力電池的發展一波三折，前面都講了有多少進入十幾強。現在騙補，上午也有報告講，這個騙補本來應該是按照法治來走的，誰騙罰誰，但是一宣傳之后，財政部把補貼目前還沒有給的給平了，所以現在是財政部不給補貼，整車廠不給電池廠，電池廠不給材料廠，搞成了惡性循環，所以這個搞不好變成楊白勞逼死黃世仁了，這個對我們來講是個不應該發生的事。
這個里邊電池的安全性，劉秘書長讓我講安全性的問題，所以一方面，高比能，高比能肯定要帶來潛在的化學不穩定性，現在大家非常關注的，電池的安全性是非常關注的。大家也知道，我們國家1月—8月，先后發生了14起的電動汽車的燃燒事故，今年8月三星Note7開售，之后不斷的爆出電池起火事故，一周之內幾乎就蒸發了200億美金的股票。現在一上飛機就告訴你不要使用三星note7手機，不要上飛機。我們要調節和切斷電源反應等基元步驟和關鍵材料入手，提高單體電池的安全性，通過探究電池的安全閾值邊界。
鋰離子電池和鎳氫電池、鉛酸電池不同，它的電解質是有機溶液，而另一個鎳氫和鉛酸是水溶液，所以我們首先從電解質入手。電解質方面，你要把電解質變成一個難燃的或者阻燃的或者不燃的，他們首先碰到的是導電問題。圍繞改善電池安全性、增強電化學性能和實現柔性化，這是我們在研究安全性電解方面的一些思路，要重點開展材料體相、表面、界面及晶界四個方面的研究。另外將柔性化技術與電池新體系固態電解質材料結合起來的一些特色。
大家可以看出電池的熱失控反應，主要是從電解質的熱失控來引發的，我們通過在電解質中加入阻燃添加劑，引入離子液體，采用固態電解質，來調節和切換電池的熱失控反應。一個是加入添加劑，一個是電壓可以高達4.8V，電池也通過了針刺擠壓、過充等安全性能。另外，還加入亞硫酸酯添加劑，使鋰離子電池在負40度到60度，現在擴展到80度，提高它的溫度適應性，這樣也提高了電池使用當中的可靠性。我們通過采用不可燃的無機骨架將離子液體固態化，我們一個是用這種固態化的電解質，一個是納米交聯基的固態化電解質，還有有機硅基離子磷酸電解質。我們還研制出一種新型的納米交聯基固態電解質，同時有高室溫電導率，寬電化學窗口和不可然性。
我們還將離子液體固定在無機骨架中，形成了離子凝膠固態電解質，將其原位覆蓋在電極表面，所制備鋰離子電池。離子凝膠固態電解質，具有高的離子導電率，同時能夠達到10的負3次方，大家知道10的負3次方是關鍵的指標。另外，有寬的電化學穩定窗口，良好的熱穩定性、可塑性等等。電解質的材料無機骨架形成三維骨架，連續的納米結構形成它的離子傳輸的通道，不易燃的離子液體和無機骨架顯著提高它的安全性。我們說對于電池安全性來講，從材料角度，一個，電極材料，我們采用表面的修飾方法，通過包覆溫度敏感層，有效防止電池熱失控。還有陶瓷隔膜技術，現在高端的手機電池和動力電池都采用了陶瓷隔膜。還有高溫熱封閉的隔膜，同樣它在高溫下可以切斷電池反應。
我們說安全問題不僅源于單體電池內部的失控反應，也取決于電池系統的匹配。電池安全域加邊界識別、控制與互聯網＋智能電池，可在保證基元反應安全性的同時，多角度確保電池系統的安全性。這是我們一個課題做的，通過對電池系統相關參數安全愈加邊界的識別與控制，建立了工況條件下電池組健康度的評價模型，確定電池系統的安全工作范圍，實時根據測量參數對電池組進行健康度評價，基于“互聯網+”研制出具有實施監控與控制的車載組合電池安全性測試系統。
從電池的比能量和它的安全性綜合來看，我們原來提出了多電子反應，后來發展到氫元素多電子反應，到氫元素多離子協同效應，到進一步新體系的固態，一直到以后向全固態電池發展，這個是我們以后高比能電池的一個發展的路線。
我們的團隊有北京理工大學、中科院、清華大學、南開大學等等。
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