陈立泉院士:锂电创新 电动中国
数据来源: 锂电观察
发布时间:2023-12-06

11月25日,在“2023(第十七届)动力锂电池技术及产业发展国际论坛”上,中国工程院院士陈立泉作题为《锂电创新 电动中国》的致辞。

陈立泉院士表示锂电池产业在国家发展中起着很大作用。他指出,电动中国的落地,需要依靠锂电产业的创新发展去推动。为此,陈立泉院士就当前行业最为关注的硅碳负极、无负极金属锂电池、固态钠电池等多领域,分享了国内一些领先团队的最新研究进展,指明了下一代电池技术的方向。

论坛现场

中国工程院院士陈立泉作题为《锂电创新 电动中国》的致辞

01、天目先导公司:三代硅/碳负极容量可达2000mAh/g

硅碳负极具有能量密度高,放电平台合适等优点,是较具潜力的下一代负极材料之一。在硅碳负极的创新性研发方面,陈立泉院士为大家介绍了天目先导公司在硅/碳负极方面的最新进展:截至目前,天目先导公司深耕硅/碳负极领域研究近20多年,并实现从基础研究到产业化研究的全覆盖,目前公司三代硅/碳负极容量已提升到了2000mAh/g、首效为94%、循环次数达到2000次,膨胀率为9%,各方面性能均优于当前国际水平,且容量较之前的一代650mAh/g,二代1300mAh/g有持续明显的提升。此外,陈立泉院士表示,现在天目先导公司锂离子固态电池可以轻松实现500wh/kg的容量水平,这些均是较大的产业创新。

02、中国科学院物理所索鎏敏团队:无负极金属锂电池能量密度429Wh/kg,循环寿命200周(74.5%)

无负极锂电池在生产过程不使用负极材料,在降低锂电池制造成本的同时提高能量密度,具有广阔的应用前景。在无负极锂电池领域,陈立泉院士为大家介绍了中国科学院物理研究所索鎏敏等所做的相关创新新研究:通过开发富锂层状三元正极材料提升高能量密度无负极金属锂电池循环寿命,即在无负极金属锂电池解决方案中采用Li2NCM811做正极,合成富锂层状正极锂补偿,提升循环寿命;通过提出液态金属涂层集流体诱导外延锂沉积实现无负极锂金属电池长寿命,即在负极采用LM-Cu液态金属涂层集流体提高金属锂可逆性。以60mAh-无负极金属锂电池来看,目前其能量密度为429Wh/kg,循环寿命能达到200周(74.5%)。

03、中国科学院物理所长三角研究中心:专注水系锂离子电池相关技术应用放大,为产业化做准备

水系锂离子电池由于其低成本、环境友好、本质安全,被认为是大规模储能的理想选择。在水系锂离子电池方面,陈立泉院士介绍了中国科学院物理研究所的相关研究进展:水系的锂离子电池可以做到不燃烧,其电压是2.15v,能量密度60Wh/kg,循环寿命400周,保持率70.2%。陈立泉院士由此指出,未来,水系锂离子电池推广以后有望取代铅酸电池。他表示,当前国内的物理所长三角中心科学家工作室,正专注于高电压水系锂离子储能电池相关技术应用放大,为未来水系电池产业化做准备。

04、四川大学王玉忠院士:无溶剂液态聚合物电解质助力锂电池实现安全

近年来,固态聚合物电解质(SPE)因其更高的安全性,有望成为LE未来的潜在替代者之一,已受到了广泛的关注。然而,SPE的实际应用一直面临界面接触性能差和离子电导率低两大挑战。

陈立泉院士介绍了四川大学的王玉忠院士针对上述挑战所做的有关无溶剂液态聚合物电解质的研究。在该方案中,王玉忠院士实现了以下创新性成果:

(1)合成磷腈主链和甲氧基三乙氧基侧链的室温液态聚合物,并用PPZ{聚[双(甲氧基三乙氧基)磷腈]}作为LiTFSI的溶剂制成液态聚合物电解质LPE,优化聚合物界面接触的同时排除电池体系中有机小分子溶剂易燃易挥发导致的不安全隐患;

(2)LPE实现了耐火阻燃;离子电导率达到了1.09×10-4S/cm(25℃)和2.01×10-3S/cm(100℃);

(3) LPE电化学窗口高达5.2V;锂-锂对称电池稳定工作超2200小时无锂枝晶形成和无明显电压增长;LFP/Li电池在60℃和90℃下稳定循环1000圈(1C),在120℃下稳定循环100圈(2C);

(4) LPE对多种正极、锂盐及隔膜具有广泛适配性;基于LPE的单层软包电池对热滥用、机械滥用表现出优异的耐受性。

陈立泉院士认为,王玉忠院士团队的无溶剂液态聚合物电解质既可以用于锂离子电池,实现不燃烧的效果,也可以用于固态电池,解决界面问题。

05、青岛大学郭向欣教授团队:原位转化反应构筑合金@反钙钛矿中间层提升锂镧锆氧对锂稳定性

基于石榴石型(Garnet, Li7La3Zr2O12,LLZO)电解质的固态锂电池可以显著改善传统液态电池的安全性,并在实现电池能量密度提升方面极具潜力。然而LLZO固体电解质由于刚性大,不易与Li形成致密的界面接触,导致界面处局域电场集中,阻碍离子传输,极易诱发枝晶的成核与生长。

为解决上述方面的问题,陈立泉院士介绍了青岛大学郭向欣教授所做的一项研究,青岛大学郭向欣教授团队针对LLZO电解质与Li金属所形成的负极侧界面稳定性问题,引入氯氧化铋(BiOCl)中间层,利用BiOCl与Li负极间的自发转化反应,原位构筑了Li3Bi@Li3OCl复合修饰层。Li3Bi合金显著提升了LLZO对Li的浸润性,促进LLZO与Li之间致密界面的形成;反钙钛矿型Li3OCl基体禁带宽度大,可以阻止电子从Li负极向LLZO内部迁移;两者相互协同,实现Li/LLZO界面处均匀锂沉积,并抑制锂枝晶的形成与生长,提升固态电池的安全性。

06、中国科学院物理所胡勇胜团队:固态钠离子电池最新研究进展

针对业界备注关注的钠离子电池,陈立泉院士表示,钠离子电池的安全问题,应该重点考虑,同时他为大家介绍中国科学院物理所胡勇胜研究员关于固态钠离子的最新进展,通过对NaAICI4引入氧化物,得到NaAlCl4-2xOx,可使得钠电池材料变成柔性的,这种情况下就就可以做出固态的钠离子电池。

07、中国科学院物理所王雪峰团队:混合锂氧(Li-O2)电池

与业界有观点认为“氢燃料电池是终极电池”不同,陈立泉院士认为,锂氧电池有望成为终极电池,为此,他细致的介绍了中国科学院物理所王雪峰博士团队就“锂离子和锂氧电池的复合电池”所做的一项研究。在该项研究中,王雪峰团队结合了Li-ion电池和Li-O2电池的优点,提出了混合Li-ion/ Li-O2的复合电池,用硫化物来做正极。陈立泉院士认为这项工作相当重要,它为提高现有Li-ion电池的极限能量密度和过渡到下一代高能Li-O2电池铺平了道路

陈立泉院士认为上述研究均具有较大的创新性,他进一步表示,锂电产业创新性研究,对实现电动中国具有积极的意义。他希望报告嘉宾们在此次论坛上能分享出更多有关锂离子电池、钠离子等方面的创新性研究成果,为“电动中国”早日实现赋能!

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