吳鋒院士:電池正極材料正在向高鎳化、無鈷化、單晶化發展

 “電池正極材料正在向高鎳化、無鈷、單晶化發展。電解質材料方面，固態化電解質是當下主要的研究方向。”4月28日，在四川省射洪市召開的2022“鋰電之都”產業生態及供應鏈大會上，中國工程院院士、北京理工大學能源與環境材料學科首席教授吳鋒分享了對新型綠色二次電池及其關鍵材料的研究與展望。

據吳鋒介紹，北理工科研團隊通過構筑反應、強化界面、抑制枝晶生長等對策，研發出的鋰硫（Li-S）電池能量密度達到了651瓦時/公斤。這項高性能鋰硫電池催化材料方面的研究成果今年4月刊登在材料類頂級國際期刊《先進材料》上。目前，鋰離子電池的能量密度約為260瓦時/公斤。鋰硫電池比鋰離子電池具有更高的能量密度，且成本更低、環保性更強，但由于倍率性能、循環壽命和安全性較低，距離商業化還有一定的距離。

在新一代鋰離子電池的研發中，為了突破鋰離子電池的極限能量密度，北理工科研團隊在高容量正極材料研究中引入陰陽離子協同電荷補償，從傳統鋰離子電池的單電子反應過渡到多電子反應。據吳鋒透露，科研團隊還在研究一種兼具能量密度和高功率密度的電池新體系，通過電極表面結構和界面功能調控提升電池功能特性。

在新材料電池方面，北理工科研團隊研究的鋁離子正極材料比容量達到每克467毫安時，為鋁離子電池能量密度的提高提供了材料基礎。此外，吳鋒認為，目前鈉離子電池開闊了一個新的原料來源，由于其原料豐富、分布廣泛具有一定的成本優勢和發展潛力。

在電池安全性方面，北理工科研團隊從調控和切斷電極反應的基元步驟入手，發明了溫度敏感電極、陶瓷高強隔膜、安全電解質等安全性材料。據吳鋒介紹，團隊研發的新一代凝膠固態電解質在安全性方面有了很大的提升，可以在1300度的高溫下保持60秒不燃。

此外，吳鋒對電池系統從模擬到數字的創新進行了展望。他表示：“我們正在研制智能電池和智能的電池系統，采用半導體的工藝制備電池。未來大芯片會進入電池內部，智能電池的出現將顛覆電池系統的結構，會進一步提升動力電池的安全性，成為新能源汽車智能化的一個重要環節。”吳鋒指出，材料革新、技術突破、產能、成本是中國動力電池企業當下面臨的共同課題。

目前，中國已成為全球鋰電池產銷量最高的國家。2021年全球動力電池裝機量同比增長102%，其中國電池企業總裝機量連續保持世界首位。根據會上發布的《中國鋰電產業發展指數白皮書》，預計到2025年，中國鋰電池的整體市場規模將達到865GWh。

在實現“雙碳”目標的過程中，新型二次電池是國際當前競相研發的熱點，美國、歐盟、日本、韓國等發達國家相繼提出了高性能電池戰略發展規劃。“發達國家的專利壁壘可能造成卡脖子的風險，我們需要保證高性能電池的核心技術自主可控。”吳鋒說道。

吳鋒院士長期從事新型二次電池與相關能源材料的研究開發，率先提出采用輕元素、多電子、多離子反應體系實現電池能量密度跨越式提升的學術思想，研發出高比能二次電池新體系與關鍵材料。自上世紀80年代末開始，吳鋒院士擔任國家863高技術計劃的第一責任專家，在中國率先組織領導了鋰電池關鍵材料、新型儲氫材料、鎳氫電池和鋰離子電池的研發。

值得一提的是，吳鋒院士發明了含鋰儲氫合金及其制備方法，打破了國外對儲氫合金的專利壟斷，主持創建了我國第一個鎳氫電池中試基地，實現了產業化關鍵技術集成，設計建成我國第一條鎳氫電池自動化示范生產線；研發出系列鎳氫動力電池組，并將其成功應用于多款混合動力汽車。