中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2010年,王德宇舉家從美國(guó)來(lái)到了寧波,投入到鋰離子電池材料的科研中。
“鋰離子電池正極材料的容量，相對(duì)于負(fù)極材料較低?！敝锌圃簩幉ú牧纤履茉醇夹g(shù)研究員王德宇說(shuō)，開(kāi)發(fā)高容量正極材料及匹配性電解液成為鋰離子電池領(lǐng)域發(fā)展的核心技術(shù)。
鋰離子電池技術(shù)是目前世界上最受矚目的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)之一，廣泛應(yīng)用于商用電子市場(chǎng)，而鋰離子電池的能量密度決定了其在電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車等應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用前景。
■人物名片
名字：王德宇
職務(wù)：中科院寧波材料所新能源技術(shù)研究員
榮譽(yù)：寧波市“3315計(jì)劃”創(chuàng)新人才
“鋰電池”科研達(dá)人青睞寧波
近年來(lái)，新能源汽車行業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)鋰電池需求的高速增長(zhǎng)。寧波是我國(guó)鋰離子電池電極材料的重要生產(chǎn)基地，擁有層狀氧化物正極材料前軀體和電極材料的產(chǎn)業(yè)群。
王德宇認(rèn)為，在寧波進(jìn)行層狀氧化物正極材料的改性研究，開(kāi)發(fā)能夠提高層狀材料可逆容量的使用技術(shù)，能夠促進(jìn)本地企業(yè)的產(chǎn)品升級(jí)，提高行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
“科研要體現(xiàn)社會(huì)價(jià)值，應(yīng)該離市場(chǎng)近一點(diǎn)。”2010年，王德宇舉家從美國(guó)來(lái)到了寧波?！半m然當(dāng)時(shí)寧波材料所的知名度并不高，但很有活力和激情。”他說(shuō)，寧波材料所的科研氛圍自由寬松、個(gè)人薪酬機(jī)制合理，科研人員還有調(diào)配資源開(kāi)展研究的自主權(quán)力。
來(lái)寧波前，王德宇在鋰電池研究領(lǐng)域已小有名氣，具有12年研究經(jīng)驗(yàn)，主要研究方向包括鋰電池新型電極材料、電解液、電極界面反應(yīng)機(jī)理和高能量密度儲(chǔ)能體系等，在該領(lǐng)域頂級(jí)國(guó)際雜志發(fā)表SCI論文33篇，申請(qǐng)發(fā)明專利20項(xiàng)。他所開(kāi)發(fā)的磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰等制備技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外得到推廣應(yīng)用。
持續(xù)攻關(guān)碩果累累
自1990年Sony推出鋰離子電池開(kāi)始，已經(jīng)有多種正極材料應(yīng)用于商用體系，主要可以分為磷酸鹽、層狀氧化物和尖晶石氧化物三類。其中，層狀氧化物的使用率普遍在50%～60%，具有較大的提升空間，將成為下一代鋰電池材料革命的市場(chǎng)主導(dǎo)。
“尋找合適的材料比找對(duì)象難多了，不是光看外表就行了，還要解剖開(kāi)來(lái)深入研究?！蓖醯掠钚ΨQ。高鎳材料就是王德宇反復(fù)研究后找到的材料。
高鎳材料是一種層狀氧化物，但在使用時(shí)與電解液副反應(yīng)較大，容易造成電池脹氣，需要嚴(yán)格控制濕度。如能夠改善界面穩(wěn)定性解決脹氣問(wèn)題，其鋰離子電池能量密度將會(huì)明顯提高。
王德宇將主要精力集中于如何改善高鎳材料對(duì)水分的敏感性、提高界面穩(wěn)定性等問(wèn)題?！霸诟哝嚤砻孢M(jìn)行修飾，形成高穩(wěn)定性保護(hù)結(jié)構(gòu)，是提高高鎳材料穩(wěn)定性的核心?！彼f(shuō)。
在解決高鎳材料的穩(wěn)定性后，王德宇還致力于提高其循環(huán)性能和放電容量。他和團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出一種新型梯度結(jié)構(gòu)的正極材料，創(chuàng)造性地采用界面緩沖層結(jié)構(gòu)，大幅度提高了高鎳材料的循環(huán)性能，放電容量比市場(chǎng)主流產(chǎn)品提高了20%，已經(jīng)申請(qǐng)了三項(xiàng)專利。
在負(fù)極材料上，鈦酸鋰是最有希望構(gòu)筑長(zhǎng)壽命電池的負(fù)極材料。但鈦酸鋰電池在高溫下會(huì)發(fā)生嚴(yán)重氣脹現(xiàn)象，限制了這類電池的商業(yè)應(yīng)用，目前僅有幾家國(guó)際頂級(jí)企業(yè)解決了這個(gè)難題。
王德宇在深入研究電極/電解液界面反應(yīng)機(jī)理之后，確定了防脹氣電解液的最終配方，經(jīng)東莞新能源生產(chǎn)線驗(yàn)證，電池的脹氣體積由原來(lái)大于150%(商用電解液)降至小于15%(自主開(kāi)發(fā)電解液)，滿足商用鈦酸鋰電池的要求，成為國(guó)內(nèi)首個(gè)掌握此項(xiàng)技術(shù)的機(jī)構(gòu)。
鋰空氣電池成新方向
“科研的樂(lè)趣，很多時(shí)候就是你不知道下一秒會(huì)發(fā)生什么?”王德宇說(shuō)，有不少科研成果，是苦苦研究而不得，但一個(gè)小小的“意外”卻又實(shí)現(xiàn)了突破，可謂“柳暗花明又一村”。
王德宇團(tuán)隊(duì)的一個(gè)研發(fā)人員在清洗研究鋰空氣電池的儀器時(shí)，使用了較多的清潔液且未擦拭干凈，沒(méi)想到這一無(wú)心之失，放大了鋰空氣電池的功率。
“我們意外發(fā)現(xiàn)，低功率的儲(chǔ)能電池變成高功率的儲(chǔ)能電池，足足提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)10倍以上?！蓖醯掠钫f(shuō)，“不過(guò)離應(yīng)用還有距離，沒(méi)有找到確切的、有說(shuō)服力的證據(jù)和機(jī)理?！?
王德宇說(shuō)，鋰空氣電池的儲(chǔ)能技術(shù)完全不同，用金屬鋰做負(fù)極，正極一端直接與氧氣反應(yīng)，具有擊敗鋰離子電池的潛力。理論上講，該電池儲(chǔ)存同等能量所需材料僅為其他電池的一半，其重量也可減半，在電動(dòng)車行業(yè)具有極大優(yōu)勢(shì)。
然而，鋰空氣電池想要在成本和使用壽命上比肩傳統(tǒng)的鋰離子電池，達(dá)到“穩(wěn)定生產(chǎn)期”，還有很長(zhǎng)的路要走。
“鋰空氣電池是理論能量密度最高的電化學(xué)儲(chǔ)能裝置，世界范圍內(nèi)對(duì)鋰空氣電池的研究剛剛開(kāi)始?！蓖醯掠钫f(shuō)，希望通過(guò)他們的研究能推動(dòng)鋰空氣電池的發(fā)展。
