“鈉基電池體系是未來(lái)智能電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)的重要選擇?！?/span>
——復(fù)旦大學(xué)教授夏永姚
近日，工信部數(shù)據(jù)顯示，中國(guó)新能源汽車(chē)累計(jì)銷(xiāo)量從2012年底的2萬(wàn)輛，大幅攀升到今年5月底的1108萬(wàn)輛。自2015年起，中國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)量連續(xù)7年位居世界第一。
繁榮的新能源車(chē)市場(chǎng)背后，離不開(kāi)電池材料及其技術(shù)的迭代。“安全、長(zhǎng)續(xù)航、低成本”是業(yè)界持續(xù)“滾燙”的話(huà)題。
01、能量密度等核心問(wèn)題何解？
對(duì)于業(yè)界來(lái)說(shuō)，能量密度、安全性、運(yùn)行環(huán)境、成本等是最為關(guān)注的4個(gè)問(wèn)題。夏永姚教授介紹了這4個(gè)問(wèn)題的技術(shù)層面探索。
夏永姚教授表示，高比能量化作為永恒的課題，從兩個(gè)角度著手解決。
一是正、負(fù)極電極材料的大容量化，正極材料及電解質(zhì)溶液的高電壓化。
二是發(fā)展以金屬鋰為負(fù)極的下一代鋰電池體系，如鋰硫、鋰空氣電池。負(fù)極材料方面，發(fā)展的主流仍是硅負(fù)極，但存在循環(huán)性能差的問(wèn)題。應(yīng)用納米材料和納米技術(shù)可提高大容量負(fù)極穩(wěn)定性。對(duì)于碳負(fù)極，主要是發(fā)展低成本納米硅負(fù)極材料制備技術(shù)與工藝；而對(duì)于氧化亞硅（SiOx）負(fù)極，主要是發(fā)展低成本預(yù)摻鋰技術(shù)，提高氧化亞硅的首次庫(kù)倫效率。
在電池的安全性方面，從有機(jī)電解質(zhì)溶液發(fā)展、水系電解質(zhì)溶液、固態(tài)電解質(zhì)等方面進(jìn)行研究。
在應(yīng)對(duì)電池的運(yùn)行環(huán)境，則開(kāi)發(fā)高溫、低溫、高壓環(huán)境等特殊領(lǐng)域及其大功率充電的電池體系。
鋰離子電池離不開(kāi)鋰資源，針對(duì)電池的成本問(wèn)題，夏永姚教授介紹了從元素戰(zhàn)略出發(fā)，鈉離子電池、多價(jià)態(tài)金屬離子及其有機(jī)電極材料的課題探索。
課堂上，針對(duì)上述4個(gè)問(wèn)題，他分別介紹了電池的正極、負(fù)極、功能性添加劑、電解質(zhì)溶液等材料發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及解決對(duì)策。
02、鈉離子電池是智能電網(wǎng)儲(chǔ)能的重要選擇
“目前中國(guó)鋰資源80%依靠進(jìn)口，有‘卡脖子’的風(fēng)險(xiǎn)。鈉基電池體系因具有資源豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)智能電網(wǎng)儲(chǔ)能技術(shù)的重要選擇?！?/span>
夏永姚教授介紹道，相對(duì)鋰離子電池，鈉資源儲(chǔ)量豐富材料成本低，鈉離子溶劑化能低溫性能優(yōu)異，集流體均為鋁箔等優(yōu)勢(shì)，另外可兼容已有鋰電設(shè)備和工藝。
在鈉離子電池正極材料（全國(guó)鋰電池正極材料制備與實(shí)驗(yàn)室儀器裝備）中，具有產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景的包括層狀氧化物、鐵氰化物、磷酸鹽聚陰離子、硫酸鹽聚陰離子等。他分析道氧化物能量密度高，但在空氣中穩(wěn)定性較差，材料和制造成本較高；鐵氰化物則表現(xiàn)為能量密度高，原料成本低，但循環(huán)性能差，電極密度較低；磷酸鹽聚陰離子表現(xiàn)為能量密度較低，但其具有成本低、空氣中穩(wěn)定、循環(huán)性好的優(yōu)勢(shì)；硫酸鹽聚陰離子工作電壓高、原料成本低，能量密度中等，但空氣穩(wěn)定性差、制造成本較高、循環(huán)性能一般。
“鈉離子電池主要應(yīng)用場(chǎng)景在備用電源電池組、電動(dòng)自行車(chē)、低速電動(dòng)汽車(chē)、規(guī)模儲(chǔ)能電池組等領(lǐng)域?！?/span>
課堂上，他還介紹了鎂電池、鈣電池、鋁電池、有機(jī)電極材料等多種體系的電池研究進(jìn)展及挑戰(zhàn)。
問(wèn)答環(huán)節(jié)
Q1：負(fù)極材料首次庫(kù)侖效率不能低于多少呢？
夏永姚教授：越高越好，90%以上是需要的。
Q2：碳氧化硅負(fù)極的發(fā)展前景如何？能否替代氧化亞硅？
夏永姚教授：比較看好氧化亞硅技術(shù)。從循環(huán)壽命角度來(lái)看，氧化亞硅好一些，但要解決低成本預(yù)摻鋰技術(shù)，最終還是要取決于性?xún)r(jià)比。
Q3：鈉離子電池硬碳產(chǎn)業(yè)化國(guó)內(nèi)做得如何？
夏永姚教授：鈉離子電池還沒(méi)有商品，這個(gè)產(chǎn)業(yè)還在發(fā)展階段，所以還沒(méi)有廠家規(guī)?；鲡c離子電池的硬碳材料，但隨著鈉離子電池產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)，很快會(huì)跟上。
2007
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