高比能鋰電池需要一顆“安全芯”

南策文

目前，動力電池有非常清晰的目標(biāo)路線圖，在電池的研制中，材料占有重要地位，在某些技術(shù)方面甚至是第一位的。

鋰離子電池是復(fù)雜的復(fù)合材料體系，包括多項(xiàng)正極材料、多項(xiàng)負(fù)極材料、電解液、隔膜、銅箔、鋁箔等。

提高鋰電池效能要從成本上降低，不是從單純的增加電池。要通過內(nèi)部多種材料協(xié)同配合才能運(yùn)作，才能把電池的能量、功率、安全性、壽命、成本等做到最優(yōu)。

理論上講，正、負(fù)極決定了電池可以做到多高的密度。我們以傳統(tǒng)的電池為例，實(shí)際上在材料選定以后，成熟度就會初步形成，變成能量增長。目前來說，能量的增長還是挺快的，每年增長3%左右。

我們現(xiàn)在用陶瓷隔膜來提高電池的安全性，將陶瓷隔膜納米顆粒涂在隔膜上，可以增加安全性。但這個(gè)工藝技術(shù)也有缺口，想把這個(gè)做好很有難度。

怎樣做更安全的電池產(chǎn)品呢？我講三步策略。第一步是陶瓷隔膜技術(shù)。我們用納米纖維隔膜，它的結(jié)構(gòu)和蜘蛛網(wǎng)類似，顛覆力很強(qiáng)，耐熱性能有非常大的改變，效果非常好。當(dāng)然，還有涂層隔膜。

第二步是提高鋰離子的傳導(dǎo)活性。我們想在隔膜上補(bǔ)一種東西，既可以保證安全性，又可以使傳輸更有效。在使用納米陶瓷隔膜的過程中，在保證安全性的前提下，性能的提升非常明顯。同時(shí)，要提高高溫性，減少倍率應(yīng)用。

第三步，固態(tài)鋰電池。在電解液和隔膜中，固體電解質(zhì)第一個(gè)作用是快速傳導(dǎo)，第二個(gè)作用是斷隔作用。

怎么提高鋰離子傳導(dǎo)性，讓鋰離子在電解液中跑得更快？我們有必要了解一下聚合物電解質(zhì)和無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)。它們兩個(gè)都有優(yōu)缺點(diǎn)，我們要挑選各自的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避缺點(diǎn)。

近幾年，我們用新興材料來進(jìn)一步提高傳導(dǎo)性。尤其是最近做的一個(gè)PVDF膜材，它的溫度會更高一些，力學(xué)性能更好一些，耐高壓也比較好。

我們還做了一些固態(tài)軟極電芯產(chǎn)品和聚合物復(fù)合膜，通過技術(shù)改進(jìn)，在室溫下狀態(tài)還是比較穩(wěn)定的。我們就是想提高比能量，電壓不發(fā)生短路，經(jīng)過兩次穿刺后，其充放電曲線依然正常，氣容量揮發(fā)率約80%，保護(hù)率也比較高。

再說一下電池短路測試。電池充電后，電流量很大，但是不會冒煙，不會起火，也不會爆炸，依舊可以保持電容量。所以經(jīng)過一系列測試后發(fā)現(xiàn)固態(tài)鋰電池可以解決安全問題。

固態(tài)鋰電池可以做到更高的比能量，能量可以做到300Wh/kg，甚至還可以做到400Wh/kg，當(dāng)然還可以超過431Wh/kg。另外，還有柔性固態(tài)電芯，無論是卷曲還是對折，比能量沒有降低，都不會出現(xiàn)問題。