【高工鋰電綜合報道】 北京3月28日記者從中國科學(xué)院獲悉，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院唐永炳研究員及其研究團隊的最新成果新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池技術(shù)，近日在國際能源材料頂級期刊《先進(jìn)能源材料》上發(fā)表后，上周又受到德國科學(xué)網(wǎng)“Wissenschaft aktuell”邀請報道，廣受業(yè)界好評。該技術(shù)若實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，將對現有鋰電產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生重大影響。
低成本、高效的全新電池技術(shù)
“該發(fā)現讓人驚奇，是從未報道過(guò)的新電池技術(shù)”，編輯在通知研究成果被期刊錄用時(shí)，將匿名審稿人的評價(jià)這樣傳遞給唐永炳。
目前便攜式電子設備、電動(dòng)汽車(chē)、可再生能源系統等領(lǐng)域的主要能源轉換和存儲設備都是鋰離子電池，但是商用鋰離子電池的能量密度低、制造成本較高，且傳統鋰離子電池的電極材料含有毒金屬，電池廢棄會(huì )造成嚴重的環(huán)境問(wèn)題。特別是當前新能源汽車(chē)用的動(dòng)力電池行業(yè)需求火爆，但目前動(dòng)力電池技術(shù)仍是攔在新能源汽車(chē)發(fā)展前的一條溝壑。不論鋰離子電池組驅動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)，還是燃料電池驅動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)，都存在成本和續航里程的挑戰。
而唐永炳團隊發(fā)現的新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池，是一種全新的高效、低成本儲能電池。
這種新型電池把傳統鋰離子電池的正負極進(jìn)行了調整，用廉價(jià)且易得的石墨替代目前已批量應用于鋰離子電池的鈷酸鋰、錳酸鋰、三元或磷酸鐵鋰作為電池的正極材料；采用鋁箔同時(shí)作為電池負極材料和負極集流體；電解液由常規鋰鹽和碳酸酯類(lèi)有機溶劑組成。該電池工作原理有別于傳統鋰離子電池：充電過(guò)程中，正極石墨發(fā)生陰離子插層反應，而鋁負極發(fā)生鋁-鋰合金化反應，放電過(guò)程則相反。這種新型反應機理不僅顯著(zhù)提高了電池的工作電壓(3.8-4.6V)，同時(shí)大幅降低電池的質(zhì)量、體積、及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度(~220 Wh/kg)。
這種技術(shù)如實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，未來(lái)的手機可能會(huì )比現在再輕薄一半，同時(shí)我們的智能手機再也不需要一天一充電了，更是解決了電動(dòng)汽車(chē)電池成本高昂以及續航里程短的關(guān)鍵問(wèn)題。不過(guò)，目前該電池技術(shù)還有待優(yōu)化，比如需要進(jìn)一步提高電池的循環(huán)穩定性等。
將改變現有鋰電產(chǎn)業(yè)格局
近年來(lái)，新能源汽車(chē)在政策的支持下風(fēng)靡全球，行業(yè)上游也在諸多利好下迎來(lái)爆發(fā)。全球產(chǎn)量居前的龍頭電池廠(chǎng)紛紛在華設廠(chǎng)。雖然新能源汽車(chē)市場(chǎng)的持續繁榮帶動(dòng)了電池產(chǎn)業(yè)，但不論是純電動(dòng)的動(dòng)力電池，還是以氫為燃料的燃料電池，目前在技術(shù)上仍存在成本和續航里程挑戰。目前全球對鋰電的需求以每年7.7%的速度增長(cháng)，其市場(chǎng)到2019年將達到1200億美元(據美國弗里多尼亞集團市場(chǎng)調查)。
根據機動(dòng)車(chē)整車(chē)出廠(chǎng)合格證統計，2015年12月，我國新能源汽車(chē)生產(chǎn)9.98萬(wàn)輛，同比增長(cháng)3倍。工信部部長(cháng)苗圩在今年兩會(huì )上提出，新能源車(chē)從2009年的培育期，到現在開(kāi)始進(jìn)入成長(cháng)期。2015年產(chǎn)銷(xiāo)30多萬(wàn)輛，比上年呈現高速增長(cháng)的趨勢。
苗圩認為目前新能源汽車(chē)發(fā)展遇到兩個(gè)瓶頸。一是產(chǎn)品端，要集中攻克以動(dòng)力電池為代表的產(chǎn)品性能、可靠性、續航里程、壽命等難題；二是以應用端為代表的充電設施建設，需要完善。苗圩表示，工信部對兩個(gè)方面都已經(jīng)做了一些安排，地方政府也有積極作為，可以保證新能源汽車(chē)有進(jìn)一步發(fā)展。
目前，政府對于新能源汽車(chē)的支持主要集中在市場(chǎng)銷(xiāo)售的后端，在研發(fā)設計的前端投入比較少，這種“不平衡”會(huì )造成非常大的滯后效應，這也是當前電池技術(shù)發(fā)展跟不上市場(chǎng)銷(xiāo)量增長(cháng)的主要內因。該新型電池技術(shù)如實(shí)現產(chǎn)業(yè)化，有望改變現有鋰電產(chǎn)業(yè)格局。
初步估算，500 Kg重量的鋁-石墨電池的續航里程可達到約550公里。與傳統的鋰電技術(shù)相比，這種電池具有明顯的優(yōu)勢，不僅生產(chǎn)成本降低約40%-50%，同時(shí)能量密度提高至少1.3-2.0倍。
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