2016年十大锂电池技术突破

2016年十大锂电池技术突破

　　突破三：微宏不燃烧电池技术或解决电动汽车起火难题

　　2016年3月19日，微宏在北京水立方举办了“MoreThanSafe|微宏不燃烧电池技术”发布会。此次发布的不燃烧电池技术是微宏历时8年研发的不燃烧电池技术成果。主要从隔膜耐高温、电解液不燃烧的主动防御，与STL智能热控流体技术的被动防御两个层面解决锂离子电池的安全困局。

　　研究表明，锂离子电池在发生热失控时，放热量最多的是电解液，因此不燃烧电解液是保证电池不燃烧所要解决的最重要问题。在现场，微宏展示了不燃烧电解液确实不会被点燃。在实现电解液不燃烧之后，高性能隔膜也是保证锂离子电池安全的重要保障。普通锂离子电池隔膜通常熔点较低，在130摄氏度左右便会收缩，从而导致电池的内部短路，发生热失控。微宏提出了耐高温隔膜的思路。与普通的PE隔膜相比，耐高温隔膜熔点更高，可以保证电池即便在300摄氏度的高温下也不会发生收缩，防范电池内部短路，从而避免热失控。在解决了锂离子电池内部的电解液以及隔膜的问题，相当于为不燃烧电池主动设立了防御措施。微宏也还采用浸没方式的STL智能热控流体技术设立了被动防御措施。

　　STL智能热控流体技术是指将电池组浸没在液体里，利用绝缘导热液体作为绝缘、阻燃、导热性能俱佳的材料，能够在电池组内部发生细微内短路的情况下，快速隔绝热失控点，同时利用液体降低热失控点的温度，最大程度地降低了电池组安全风险。STL除了安全以外，也能够均衡电池组内部温度差异、并利用外部循环实现更好的温度控制，同时即便电池组漏液，也能及时通过液体检测发现，安全更有保障。

　　不燃烧电解液与耐高温隔膜两个主动的防御措施，配合STL智能热控流体这一被动防御措施，最终实现了电池系统级别的不燃烧、高安全与高性能。

　　锂电池容易起火，是因为其热稳定性较差，在200℃左右的外界温度下，就会分解并释放出氧气，与电池里的可燃的电解液、碳材料一起，一点就着。锂电池一旦着火，产生的热量会进一步加剧正极的分解，在极短的时间内就会爆燃。

　　电池正常使用过程中并不会达到电池燃烧的条件，当锂离子电池的发生内短路时，就会使锂电池热失控，从而导致锂电池自燃。不稳定的设计、环境恶劣以及机械性的损伤等这些外因造成的内短路，可以通过电子器件和机械设计进行避免。但是，由锂电池材料体系及制成工艺等诸多内因造成的的内短路难以控制。

　　微宏不燃烧电池主要从电解液、锂离子隔膜和热控流体技术三个方面，另辟蹊径，直接阻断燃烧源，最大化避免锂离子电池的燃烧。

　　突破四：无钴高电压电池材料问世可降低电池成本

　　Nanoone公司宣布成功研制无钴高电压锂电池阴极材料——高电压尖晶石。该材料只含锂、锰、镍而不含钴元素，与已商业化的含钴电池材料相比，具有输出电压高，寿命长，安全性高，电池容量和放电功率大的特点，同时降低了成本、环保和供应链的风险压力。高电压电池材料重量轻、体积小和成本低的优势将在未来电动汽车和数码产品中发挥重大作用。

　　纵览市场上的三大电池材料，钛酸锂，成本高，能量密度低；磷酸铁锂，能量密度偏低，成本偏高，输出电压较低；三元材料，不够安全。稍作对比，就能知道这种新电池材料的价值所在，可以说是完美的解决了现在锂电池面临的几大瓶颈。

　　突破五：新型复合金属锂电极材料问世突破商业化瓶颈

　　美国斯坦福大学著名材料学家崔屹与美国前能源部部长、诺贝尔物理奖得主朱棣文组成的研究团队，最近在金属锂电极的实际应用研发方面取得重大突破。

　　金属锂具有极高的理论比容量和理想的负极电位。以金属锂为负极的二次电池，具有高工作电压、高能量密度等优势，使得金属锂成为当今能源存储领域的首选材料。然而金属锂与电解液的副反应，循环过程中的电极尺寸变化，以及锂枝晶的形成。前者很大程度上降低了电池的库伦效率，影响了其电化学性能；后两者则会给金属锂电池带来严重的安全隐患。

　　该研究团队经过多次尝试后，他们将目光转向了纳米技术。研究小组对材料表面特殊浸润性进行深入研究后，首次提出了“亲锂性”这一概念，并利用表面“亲锂化”处理的碳质主体材料，通过建立“亲锂”的界面材料体系，开创性地将金属锂融化之后，利用毛细作用吸入碳纤维网络的空隙中，成功制备出含有支撑框架的复合金属锂电极。新研究的复合金属锂电极在碳酸盐电解液体系的循环过程中具有较小的尺寸变化、极高的比容量和良好的循环及倍率性能，其电压曲线也相对平滑，突破了当前制约金属锂电池商业化的主要问题。

　　复合金属锂电极由10%体积比的碳纤维和金属锂材料组成。碳纤维网络具有良好的导电性，超高的机械强度和电化学稳定性，因此，作为金属锂的主体框架材料是绝佳选择。与之前的相关研究相比，梁正等人将金属锂融化，并依据不同材料的浸润性所提出的“亲锂”“疏锂”概念，为金属锂电极研究提供了新思路，并且对其他领域的研究具有极高的借鉴作用。

　　在这项科研中，编辑认为，相较于合成新型复合金属锂电极材料这个成果，它们所提出来的“亲锂”、“疏锂”概念的成就更大，因为这个概念为金属锂电极研究提供了新思路，可能会在未来的科研中开发出更优秀的材料，更多的科研成果。

　　突破六：MIT新型锂氧电池或解决电动汽车续航“焦虑”

　　由麻省理工学院核科学与工程学院教授李巨领衔，与MIT、阿贡国家实验室、北京大学等另外几名成员研究团队公布了新研发的锂氧电池。

　　根据李巨教授介绍，“传统的锂空气电池的工作原理是这样的：在放电过程中，锂空气电池从外界吸收氧气，并与电池的锂产生化学反应。在充电过程中，则产生相反的化学反应，氧被重新释放到空气中。而新型锂氧电池，充电与放电过程中，锂元素与氧气进行同样的电化学反应，但整个过程中根本不需要氧元素的气态变化。氧元素一直以固态形势存在，并可在三种氧化还原状态中直接切换，产生三种不同的固体化合物——氧化锂Li2O、过氧化锂Li2O2以及超氧化锂LiO2”。

　　新型电池的奥秘在于创建一个极小的微粒，大约在纳米级别，成玻璃状的微粒可同时包含锂与氧，并紧紧被包围在氧化钴（cobal to xide）的小矩阵里。因为通常状态下，纳米锂氧非常不稳定，所以研究人员将它们放入了氧化钴的矩阵之中。氧化钴矩阵其实是一种类似海绵状的物质，每隔几纳米就有一个气孔。氧化钴矩阵一方面可以稳定住纳米锂氧，另一方面，还可以充当化学反应的催化剂。