镍氢电池中的电解液 中国新能源汽车发展新阶段，政府、企业、社会需共同推动

镍氢电池中的电解液 中国新能源汽车发展新阶段，政府、企业、社会需共同推动

新浪汽车讯：我国新能源汽车已步入规模化发展新阶段，正由市场导入期向快速成长期过渡。无论对现有企业还是新进入者来说，都是一个关键的发展节点，需要政府、企业、社会的共同推动。2016年1月23-24日，中国电动汽车百人论坛拉开帷幕。以下是北京理工大学吴锋教授演讲实录。

我参加了中国电动车百人会，听了很多报告，学到了很多东西。我理解中国电动车百人会就像是一个百家争鸣的地方，让一百种声音都可以被听到，所以大家可以讨论。因为我们是咨询机构，给陈主任、张主任提供一些建议，所以什么话都可以说。我想谈这个话题，所以我没有转移话题。

北京理工大学教授吴锋

我们中国在863计划上做镍氢电池、锂离子电池，1987年我们在863计划就开始做了，当时有新兴的储能材料，包括储氢材料、锂电池材料，我是负责的专家，组织了这个项目。可以说材料也是电池的基础、先导。现在大家都知道很多人讲动力电池，它是国际竞争、研发的热点，在国家相关的规划纲要里特别明确要重点支持动力电池关键材料、电池单体体系的研发，提高电池能量密度等关键指标。特别是上次我看到创新项目，除了支持整车，还支持动力电池，这对于搞电池的人来说，也是非常令人振奋的。另外董主席的中国汽车工程协会成立了动力电池研发机构，现在让汽车厂家来做，这说明汽车行业还是很重视电池的，但是希望给我们一些宽松的条件。

我们现在动力电池的发展面临几个问题：

第一，是否有可能打造新一代高能量密度电池。

国家相关指南中专门提到了能量密度的概念。

第二，能不能解决电池的安全性、可靠性问题，能不能实现较长的电池寿命，能不能提高电池的性价比？我觉得这可能是动力电池发展面临的一个问题。

我刚才也提到了，三元材料体系可以说是新一代的高能锂电池体系。三元和石墨，三元和硅碳，下一代就是负极锂。按照我们的估算，锂离子电池的能量密度如果达到300Wh/kg的话，如果采用硅碳负极，那么正极的比能量肯定要大于/g，因为在电池设计上，正极决定容量，负极决定寿命，一般都是这个概念。我们主要在负极锂的结构优化，纳米尖晶石涂层，仿生膜的设计研究，在这方面我们开发出了一种容量高，也就是/g，而且高倍率性能比较好的氧化锂负极材料，这个在目前发表的国际文献中是没有的，这个数据在负极锂的高倍率、高容量方面还是领先的。

负极方面，我们做了无粘结剂的复合负极材料，大家知道粘结剂本身是惰性的，为了提高能量，我们采用直接涂覆的方法来合成无粘结剂的负极材料。

我们还做出了聚苯胺包覆的纳米硅材料，可以达到1000万个/g。最近有报道说美国劳伦斯伯克利实验室在负极加入了氢，说容量可以提高5倍。如果我能把氢放进去，这个材料也挺有意思的。我们有没有可能把锂离子电池和镍氢电池合并起来？

锂离子电池的危险源之一就是电解液，比如镍氢电池、镍铬电池都是用碱性电解液，六氟磷酸锂也是用电解液。我们也做过泥浆型的电解液，它的性能对于安全性、循环性能都非常好。我们做过三元、硅碳负极材料的电池319，但是它的循环性能目前还不够好，安全性也没有评估。所以锂离子电池如果单纯想比能量高，应该是可以的，但是要达到产业化指标，受制于各种条件，还是比较困难的。

从2002年开始我就负责科技部的一个973项目，研究一种新型二次电池体系。到2020年我们提出了多电子反应机理，就是锂离子电池、镍氢电池都是单电子反应机理，能不能大于1？就是1，能不能大于1？就是反应电子个数。第二，在973第二期（2009年）我们提出了能不能用氢材料。从去年2015年开始，973第三期，我们提出了多离子，能不能建立一个氢元素、多电子、多离子反应的体系，提高电池的能量密度。这里面最主要的就是怎么通过多离子效应和相关的转化机理，创造新的反应和环境，让惰性物质变成活性高容量的电极材料。

刚才李宏也讲了，锂硫电池是双电子体系，它的能量密度高达150Wh/kg，而TNT是100Wh/kg，坏了的电池就如同炸药一样。在锂硫电池方面，一个是如何提高单质硫的导电性，如何抑制锂枝的产生。这方面我们设计了石墨烯的导电性，通过纳米孔多重复合技术，有效抑制了穿梭效应。我们在正极材料方面也进行了一些研究，利用氮硫珊瑚状碳作复合材料，提高性能。另外利用聚多巴胺作电极隔膜涂层，抑制效率。单个5Ah锂硫电池的能量密度为406Wh/kg。

我们也在和北京石油化工研究院合作，当时和陈院士他们一起做这个项目，他们说石化行业每年副产硫磺有1000万吨，如果用硫磺做锂硫电池的原料，可以降低锂硫电池的成本。我现在有两个博士生在做这个，这也可能是一个办法。

我们还研究了三电子的铝离子电池。铝是地球上非常丰富的元素，理论比容量为/kg。我们还用原位生长技术制备了无粘结剂的三维结构正极，可以有效避免粘结剂腐蚀带来的问题。因为我们想让电池低成本，铝也要低成本。还有一个问题就是安全性。刚才很多人讲了，我就说几句。我们在973三期提出了安全边界的识别和控制。安全问题不仅仅来自于单电池内部的失控反应，还要靠电池体系的匹配，电池安全阈值边界的识别、控制以及互联网+智能电池来保证安全。从电极材料、隔膜、电解液——这也是不可燃的电解液、陶瓷隔膜。

我们还做了一种新型的固态电解质材料，这种材料的电导率已经达到了10-3，这是一个很关键的数字，如果到了10-4的话，应用上就会有问题，我们希望能够达到10-3。

在综合电池能量密度和安全性方面，发展路线是从高比能量二次电池新体系，从多电子反应到轻元素及多电子反应材料，到固态电池新体系，到全固态电池。

我再讲一下废旧锂离子电池的绿色回收开发，大家对这方面越来越重视，日本在废旧金属回收方面，通过回收电子电路，每年的黄金产量已经超过世界首富南非，白银产量也超过世界首富波兰。我们的锂资源越来越稀缺，如何才能更好的利用锂资源呢？我们采用环保消耗型天然有机酸回收技术，相比国外目前使用的强酸、硫酸、硝酸，我们的处理工艺是绿色的，我们的回收率、回收时间都比强酸要好，在国外得到了比较高的评价。

随着新能源汽车的普及和发展，动力锂离子电池的爆发式需求已经延伸到上游锂矿资源、正极、负极、隔膜和电解液等相关产业，锂离子动力电池市场开始步入黄金期。动力电池行业走出了低谷，但是会不会再进入低谷呢？这方面很多人提出担忧，比如我们的原材料涨价了，我也跟原材料厂家说过，如果再涨价的话，是不是会像石油一样，未来价格又会回落。

2000年电动汽车项目启动会上，徐冠华部长指出，“电动汽车的关键是电池，电池的关键是成本和安全。”陈院士昨天也讲了这一点，今天回想起来，还是很有远见的。刚才有一家企业也讲到了安全问题。索尼笔记本电脑爆炸，整个企业损失很大，可以说相当于受了一次挫折。所以，安全很重要。

镍氢电池、锂离子电池、高能量密度新体系电池、超级电容器之间的技术融合非常重要，这种技术融合本身就是一种创新和突破，加上互联网+智能电池，将为我国动力电池发展开启新的篇章。