鉅大LARGE | 點擊量：1602次 | 2018年08月09日
打造高比能鋰電池安全芯
在日前召開的“2018首屆中國新能源動力電池暨儲能產(chǎn)業(yè)大會”上，中國科學院院士、清華大學材料科學與工程研究院院長南策文就動力電池材料、能量密度、安全性等問題和與會嘉賓進行了交流分享。
解決高能量密度鋰離子電池安全性難題
南策文指出，動力電池有非常清晰的目標路線圖，對電芯的發(fā)展很重要。材料在電池的研制中占有重要地位，在某些技術(shù)方面甚至是第一位的。鋰離子電池是復雜的復合材料體系，包括多相正極材料、多相負極材料、電解液、（復合）隔膜、銅箔、鋁箔等。鋰電池要通過內(nèi)部多種材料協(xié)同配合才能運作，要通過整個系統(tǒng)去優(yōu)化，才能把電池的能量、功率、安全性、壽命、成本等做到最優(yōu)。
動力電池的能量密度理論上跟很多因素有關(guān)，正極和負極材料決定了電池可以做到多高的密度。目前鋰離子電池能量提升的途徑主要是通過應(yīng)用高能電極材料，運用高比能的材料組合來實現(xiàn)，但是高壓電極容易引起液態(tài)電解液分離的安全問題。
南策文介紹，鋰離子電池能量繼續(xù)提升的途徑是通過結(jié)構(gòu)設(shè)計、集成技術(shù)來實現(xiàn)，也就是進一步提高電池器件集成度，增大電芯尺寸和單體電池尺寸。但是這樣會造成隔膜機械強度降低的問題，容易發(fā)生熱失控，降低電池的安全性。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
研發(fā)納米陶瓷隔膜技術(shù)打造電池“安全芯”
南策文表示，解決以上問題有很多途徑，其中一個重要途徑就是通過陶瓷隔膜來提高安全性，打造安全芯。把陶瓷隔膜納米顆粒涂覆在隔膜上，可以增加隔膜強度。以現(xiàn)有的動力電池業(yè)態(tài)發(fā)展來看，“安全芯”的隔膜技術(shù)發(fā)展有三個階段。
第一階段是高端納米陶瓷隔膜技術(shù)。采用納米陶瓷纖維隔膜，其結(jié)構(gòu)和蜘蛛網(wǎng)類似，具有更高的保液量、更低的直流內(nèi)阻、更好的循環(huán)壽命、更低的熱收縮、更好的機械強度、更佳的安全性，尤其在耐熱性等方面具有很大的顛覆力。
第二階段是Li傳導納米陶瓷隔膜技術(shù)。這種活性的陶瓷隔膜，具有獨特的高安全性、高Li離子傳導活性，大大提高了大倍率下的性能和高溫性能，減少了電解液用量，對勢能的提升也有非常大的幫助。
第三階段是固態(tài)鋰電池技術(shù)。即把“電解液＋隔膜”變成固體電解質(zhì)。這種固體電解質(zhì)第一個作用是快速傳導，第二個作用是斷隔作用，這是一個理想的作用。
安全性超強的固態(tài)軟包電芯電池
“我們的團隊做了一些固態(tài)軟包電芯產(chǎn)品，”南策文談道，“這類電池擠壓后不會發(fā)生短路，而且可以看到經(jīng)過兩次穿刺后，其充放電曲線依然正常，氣容量發(fā)揮率約80%，保護率比較高。”
南策文還介紹，將其團隊研發(fā)的固態(tài)軟包電芯產(chǎn)品充電至4.3V，側(cè)方向擠壓變形大于50％，也未出現(xiàn)冒煙起火、燃燒爆炸等問題。把針刺后的產(chǎn)品充滿電，再進行重物沖擊，也沒有出現(xiàn)起火、燃燒等情況。對電池充電后，進行短路測試，最高溫度達64.3℃，最大電流達47.9A。電池也沒有出現(xiàn)冒煙、起火、爆炸等問題，依舊可以保持電容量。并且測試后也沒有發(fā)現(xiàn)脹氣等異常情況。
固態(tài)電解質(zhì)可以解決安全問題，并且可以做到更高的比能量。固態(tài)軟包電芯產(chǎn)品可以達到300Wh/kg-400Wh/kg，甚至可以超過431Wh/kg。南策文介紹，另一種柔性固態(tài)電芯，經(jīng)過兩回彎折后很快恢復，比能量沒有降低，無論是彎折也好，卷曲甚至是對折也好，都不會出現(xiàn)問題。把該電池放入150℃水中2小時，電池沒有出現(xiàn)起火、爆炸的情況。
根據(jù)國家產(chǎn)業(yè)政策，對提高鋰電池的能量比重提出了很大要求，但是長期以來，鋰電池存在能量密度越高，其安全性越低的科學頑疾，而納米陶瓷隔膜技術(shù)的出現(xiàn)打破了這個魔咒，打造出了使鋰電池不怕刺、不怕摔、不拍折的“安全芯”，在這個急需突破現(xiàn)有技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵時期，無疑為整個動力電池業(yè)注入一支強心劑。
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