中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：12月9日，國(guó)軒高科第七屆科技創(chuàng)新大會(huì)在合肥召開(kāi)，中國(guó)工程院院士吳鋒、鄭綿平，中國(guó)科學(xué)院院士成會(huì)明、孫世剛分別圍繞動(dòng)力電池進(jìn)行了主題演講，對(duì)世界鋰電池技術(shù)路線走向、高比能電池實(shí)現(xiàn)途徑等問(wèn)題進(jìn)行了深入探討并提出了可行性建議。
吳鋒院士：新型二次電池及其關(guān)鍵材料研究進(jìn)展
中國(guó)工程院院士、北京理工大學(xué)教授吳鋒
二次電池的應(yīng)用要求是數(shù)量級(jí)的，因此發(fā)展高性能的清潔二次電池成為人們的共識(shí)。隨著人們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程等要求的不斷提高，希望與壓力也同時(shí)放在了動(dòng)力電池的身上，在看清動(dòng)力電池重要性的同時(shí)，也要斟酌一些產(chǎn)業(yè)化指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)途徑。尤其是作為關(guān)鍵指標(biāo)的電池能量密度，如何在提升比能量的同時(shí)兼顧安全性、循環(huán)性、倍率等指標(biāo)，這需要企業(yè)在進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和研發(fā)過(guò)程中有所側(cè)重。
973研究項(xiàng)目從2002年開(kāi)始到現(xiàn)在已經(jīng)有三期，該項(xiàng)目原定2017年結(jié)束，目前預(yù)計(jì)需要延期到2019年。該項(xiàng)目主要研究高比能的體系，從“輕元素、多電子反應(yīng)”材料入手，結(jié)合多離子效應(yīng)，發(fā)展高活性電極材料，構(gòu)建高比能二次電池新體系；其次是兼顧高能量密度的高功率體系，其不僅可以應(yīng)用于我國(guó)電力驅(qū)動(dòng)汽車(chē)，還可以應(yīng)用于電腦，因此研發(fā)團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)多維多尺度電極材料界面功能的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)電池的高能量和高功率密度。再次是安全性技術(shù)，研發(fā)團(tuán)隊(duì)從調(diào)節(jié)和切斷電極反應(yīng)的基元步驟入手，提高單體電池的安全性，通過(guò)探究電池的安全邊界，提高電池系統(tǒng)安全性，通過(guò)對(duì)化成、注液等關(guān)鍵制備工藝和設(shè)備的升級(jí)改造，提高電池制造和使用的安全性；最后是在降低成本技術(shù)方面，通過(guò)對(duì)電池長(zhǎng)壽命的研究和對(duì)廢舊動(dòng)力電池的綠色回收、資源化再生利用，來(lái)降低電池的使用成本。
在高比能鋰離子電池與相關(guān)材料方面，要提高電池能量密度，材料要先行一步，研制出新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)的高較容量材料，還有通過(guò)尖晶石皮膚層等構(gòu)造及富鋰材料在納米尖晶石包覆后獲得比容量和倍率性能上的雙重改善；負(fù)極材料方面則以有機(jī)硅工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的工業(yè)廢料為原材料，通過(guò)導(dǎo)電聚合物包裹，實(shí)現(xiàn)硅納米離子與導(dǎo)電的的柔性組裝。
通過(guò)提出采用輕元素、多電子、多離子反應(yīng)體系實(shí)現(xiàn)電池能量密度跨越式提升的學(xué)術(shù)思想，打破了單電子反映的思維定式，開(kāi)拓電池材料的研究視野，通過(guò)多變量協(xié)同效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)能量密度的三步跨越。
到2020年廢舊電池將達(dá)到17萬(wàn)噸，這讓動(dòng)力電池回收成為迫于眉睫的任務(wù)。回收的廢舊電池正極材料還可再生，近兩年研發(fā)出了天然琥珀酸的綠色高效回收技術(shù)，將廢舊鋰電池負(fù)極回收制備碳吸附劑的研究，磷吸附量高達(dá)588μg/g，是目前最高的碳類吸附劑之一，且處理污水后的吸附劑還可以直接作為土壤緩釋肥使用，因此在這些方面探索動(dòng)力電池的回收很有意義。
成會(huì)明院士：石墨烯在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的應(yīng)用
中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研究員成會(huì)明
完美的石墨烯具有非常好的性能，因此石墨烯被認(rèn)為在眾多領(lǐng)域有非常好的應(yīng)用。但要想獲得好的應(yīng)用，最重要的是在成本不高的情況下獲取高質(zhì)量的石墨烯。石墨烯的制備有五種主要的方法，其中化學(xué)剝離和化學(xué)氣相沉積的方法可以控制總量，成本相對(duì)來(lái)說(shuō)可以節(jié)省。
石墨烯由于具有二維結(jié)構(gòu)、超薄的特點(diǎn)，又具有高導(dǎo)電、高力學(xué)性能、大比表面積、易功能化、穩(wěn)定性好等特征，因而可以在電池或其他器件里得到比較好的應(yīng)用。它的應(yīng)用方面包括活性物質(zhì)、導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)、催化劑、界面材料、基體材料等，應(yīng)用的器件也不僅限于鋰離子電池等金屬電池，也包括超過(guò)電容器甚至柔性的儲(chǔ)能器件。
以下是石墨烯目前的一些研究進(jìn)展，目前尚未到應(yīng)用的層面:
第一，在鋰離子電池和超級(jí)電容器里面的應(yīng)用。首先石墨烯可作為金屬集流體的涂層材料，也可作為導(dǎo)電添加劑。此外，石墨可以做負(fù)極，石墨烯是不是也可以？經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)石墨烯確實(shí)有很高的容量，但是不可逆容量也很高，應(yīng)用效率很低，因而很難使用石墨烯做負(fù)極。但是石墨烯的高比表面積、豐富的官能團(tuán)也有可能作為另外一種應(yīng)用，就是與高容量材料進(jìn)行復(fù)合或雜化，在早期的時(shí)候就想到能否將石墨烯與氧化物進(jìn)行復(fù)合，利用石墨烯來(lái)抑制氧化物的團(tuán)聚、體積變化和石墨烯的再堆疊，同時(shí)石墨烯也會(huì)形成很好的柔性的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
由于石墨烯有很多缺陷，氧化物很容易在上面形成均勻的氧化顆粒，從而提高性能和容量。它的結(jié)構(gòu)形式也多種多樣，合成也很簡(jiǎn)單，就是石墨烯溶液，將氧化物放進(jìn)去，氧化物很容易合成，形成復(fù)合材料。
第二，石墨烯在鋰硫電池的應(yīng)用，目前這方面的研究很活躍。面對(duì)著低含量和低硫擔(dān)載量的問(wèn)題，石墨烯可以在改進(jìn)鋰硫電池方面發(fā)揮應(yīng)用，比如說(shuō)限域或者是化學(xué)結(jié)合的方式，也可以通過(guò)繼承電極結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行相關(guān)的改進(jìn)。
第三，石墨烯在儲(chǔ)能里面的可能應(yīng)用。石墨烯材料可用于各種不同的儲(chǔ)能器件中，也可以起不同的作用，但是目前的研究發(fā)現(xiàn)，好像沒(méi)有能夠做到充電八分鐘跑一千公里的可能性。
孫世剛院士：鋰電池電極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能調(diào)控和界面過(guò)程研究
中國(guó)科學(xué)院院士、廈門(mén)大學(xué)教授孫世剛
快速發(fā)展的電動(dòng)車(chē)和規(guī)模儲(chǔ)能對(duì)電化學(xué)能源提出了越來(lái)越高的要求，這里面很關(guān)鍵的因素是燃料電池的催化劑，可充放電池的材料。
電池材料結(jié)構(gòu)方面，對(duì)于鋰離子來(lái)說(shuō)，一個(gè)是牽流，一個(gè)是轉(zhuǎn)換，比如現(xiàn)在的電池負(fù)極材料利用的是石墨，商品化電池的容量比需求還是不夠，需要新的材料，比如金屬氧化物、硅等，這些材料用完以后帶來(lái)的問(wèn)題是一旦容量增加，這些材料就會(huì)體積膨脹，在放電以后體積會(huì)收縮，任何一個(gè)材料就會(huì)發(fā)生損壞，這是一個(gè)難點(diǎn)。
如果在負(fù)極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形狀的時(shí)候做成立方體、八邊體，就可以有更好的性能，更好的循環(huán)穩(wěn)定性。循環(huán)到200次以后還不衰竭，反而會(huì)增加，這和通常的材料是不一樣的。
正極材料有很多種，需要其容量好、多電子反應(yīng)、輕等，但其實(shí)正極材料的倍率性也很重要，因?yàn)檫@關(guān)系到它的鋰離子傳輸情況、傳輸通道等。表面反應(yīng)的時(shí)候通道力度如果大，可以更快的充進(jìn)去放出來(lái)。開(kāi)放的結(jié)構(gòu)，鋰離子很容易通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)去，從這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，這對(duì)于鋰離子的傳輸有很大的影響。
鋰電池里面除了正極材料和負(fù)極材料以外，各種材料之間的界面過(guò)程也很重要。從分子水平和微觀機(jī)構(gòu)參差認(rèn)識(shí)電池的界面結(jié)構(gòu)演變和反應(yīng)過(guò)程，理性設(shè)計(jì)和調(diào)控電化學(xué)能源材料的結(jié)構(gòu)是顯著提升其性能的基礎(chǔ)，這一點(diǎn)尤其重要。
鄭綿平院士：未來(lái)鋰資源的綜合利用
中國(guó)工程院院士、中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院鹽湖中心主任鄭綿平
中國(guó)鋰資源量分布，四川、青海、西藏占比總量的85%左右。中國(guó)的鋰資源有幾個(gè)特點(diǎn)：第一、集中度比較高；第二、類型多樣；第三、均為多組分的綜合性礦床。因此要注意綜合利用。
對(duì)我國(guó)鋰資源開(kāi)發(fā)利用的建議：第一是從自然角度講，要進(jìn)一步加強(qiáng)鋰資源調(diào)查評(píng)價(jià)和研究；第二是要加大對(duì)鋰產(chǎn)業(yè)的支持力度；第三是進(jìn)一步完善工藝；第四是加強(qiáng)科技研發(fā)，創(chuàng)新推動(dòng)力資源加工技術(shù)和綜合利用發(fā)展；第五是東西部聯(lián)手。
