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中年|锂离子电池领域中国实力几何？( 二 )



要解决目前面临的问题 ， 我们或许应该回过头来 ， 重新对这些体系中的基本科学问题和科学规律进行梳理和研究 。 如果能够更好地用数学、物理模型来描述电池的运行机制 ， 将有助于我们解决这些问题 ， 进一步接近极限 。
同时在工业上 ， 电池是一个系统性的产品 。 有了更好的基本理论 ， 就可以更好地预测能量密度的提升会对整个系统 ， 包括电池的其他性能以及电池的成本 ， 带来怎样的影响 。
成会明：我也同意锂离子电池还有很多发展和完善的空间 。 进一步的发展可以从三个层面来展开：首先 ， 不断改进已有的材料；其次 ， 不断发现新的材料；第三 ， 还可以开发新的体系 ， 从传统的液态电池 ， 逐渐向半固态、固态 ， 甚至其他的电池体系发展 。
锂离子电池：问题与方向
成会明：实验室中的研究成果常常无法在工业上顺利实现 ， 所以从工业应用的角度来看 ， 锂离子电池的发展空间还会更大一些 。
张宏立：确实如此 。 从工业生产角度看 ， 现有体系中还有很多需要解决的实际问题 。

首先 ， 是刚才李泓老师提到的硅基负极的膨胀问题 。 硅基负极在循环过程中的膨胀会导致在电池的生命周期中 ， 模组的预紧力会越来越大 ， 如果预紧力最终突破了模组的设计强度 ， 将会给产品带来灾难性的后果 ， 这是电动汽车厂商和电池企业所不希望看到的 。
第二 ， 是高镍三元体系的安全性问题 。 高镍材料具有很高的能量密度和综合性能 ， 但是它不如磷酸铁锂或低镍三元材料稳定 ， 其安全性是急需解决的重大挑战 。
第三 ， 是磷酸铁锂技术的进一步突破 。 过去 ， 很多人都认为磷酸铁锂的性能不够高 ， 但是作为一种无钴的正极材料 ， 磷酸铁锂具有低成本、高安全性、长寿命等优点 ， 而且其发展尚未达到极限 ， 所以最近它重新得到了整个产业链的关注 。 我所在的国轩高科也从2006年创立之初就布局磷酸铁锂 ， 目前已经突破了铁锂单体电芯200 Wh/kg的技术水平 ， 并仍在进一步探索提升 。
第四 ， 我们希望宽温层电解液能够有所突破 。 在实际工作中 ， 很多客户要求电池能够在广阔的地域中使用 ， 即要求电池在从-40℃到80℃的区间内都具有优异的性能 ， 而不是只能适用于低温或者高温 。 从电解液添加剂到溶剂体系都还有很大的进步空间 。

最后 ， 电池的辅助材料仍需优化 。 除正极、负极、电解液、隔膜四大主材之外 ， 集流体、导电剂、粘结剂等附属材料技术同样对电池整体性能的突破非常重要 。
李泓：张院长提到的几个问题都非常关键 。 首先是硅负极的体积膨胀问题 。 插入锂离子之后 ， 硅原子的本征体积膨胀是320% ， 这一点是无法改变的 。 所以要控制体积膨胀 ， 通常只能在颗粒层面和电极层面去调整 。
其次是三元材料的安全性 。 我认为从本质上讲 ， 安全问题的发生是由于液态电解质与正、负极材料发生化学反应 ， 进而导致热失控的结果 。 所以 ， 要解决安全性问题 ， 关键在于电解质的升级换代 ， 逐渐向固态电解质发展 。
当然 ， 对于液态电解质的电池 ， 也可以通过调控添加剂和电解质组分 ， 或者对电极材料进行表面包覆 ， 来使电极表面更加稳定 。
此外我认为 ， 对于三元材料 ， 我们还需要进行更系统的机理研究 ， 需要在分子、颗粒、电极、电芯等各个层面上 ， 将热、电、体积变化等因素耦合在一起 ， 做出更清晰的解释 。
此外 ， 张院长还提到磷酸铁锂正极 。 近年来磷酸铁锂电池技术的发展很好 ， 已经可以在某些方面与三元材料相匹敌 。

下一步的发展 ， 我想一方面是材料的调整 ， 比如向磷酸铁锰锂发展 ， 另一方面也要对其中的科学问题 ， 比如铁锰比例对离子输运和动力学的影响做进一步的阐明 。
预锂化、新负极材料、固态电解质的应用也会进一步提升磷酸铁锂电池的电化学性能、安全性和单体的最大容量 。


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