高能量密度電池的案例
研發(fā)氟離子電池 能量密度比鋰電池高10倍
本田研究所（Honda Research Institute）科學(xué)家正與加州理工學(xué)院（Caltech）和美國(guó)宇航局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的研究人員合作，一起研發(fā)了一種新型電池化學(xué)物，可比現(xiàn)有電池中采用的材料能量密度更高、更環(huán)保。
研究團(tuán)隊(duì)通過克服目前氟離子電池（FIB）技術(shù)的溫度限制，演示氟離子電池在室溫下操作的過程，為研發(fā)能夠滿足快速增長(zhǎng)儲(chǔ)能需求的高能量密度電池開辟了新機(jī)會(huì)。
本田研究所首席科學(xué)家Christopher Brooks博士表示：“氟離子電池提供了一種前景廣闊的新型電池化學(xué)物質(zhì)，其能量密度是目前鋰電池的十倍。與鋰離子電池不同，氟離子電池不會(huì)因過熱而造成安全風(fēng)險(xiǎn)，而且獲得氟離子電池原料所產(chǎn)生的環(huán)境影響遠(yuǎn)小于提取鋰和鈷造成的環(huán)境影響。”
氟離子電池提供了一種具吸引力的替代方案，可以替代其他類型的高能量電池，例如基于鋰或金屬的氫化物化學(xué)的電池，此類電池通常受到電極固有特性的限制。由于氟的原子質(zhì)量低，基于該元素的可充電電池的能量密度非常高，理論上比鋰離子電池高10倍。但是，雖然氟離子電池被認(rèn)為是“下一代”高能量密度儲(chǔ)能設(shè)備，但是受溫度要求的限制。
目前，固態(tài)氟離子電池需要在150攝氏度以上的高溫下工作，才能使電解質(zhì)具導(dǎo)電性。為了解決該問題，研究人員找到一種方法，使氟離子電池能夠在室溫下工作。研究人員利用溶解在有機(jī)氟化醚溶劑中的干燥的四烷基銨氟化物鹽開發(fā)出了此種電解質(zhì)，當(dāng)與具有銅、鑭和氟的核殼納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合陰極配對(duì)使用時(shí)，研究人員證明了室溫下可逆的電化學(xué)循環(huán)。
未來(lái)，氟離子電池可為電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車提供動(dòng)力，該電池容量高的特性使其成為電力產(chǎn)品的理想選擇。
來(lái)源：蓋世汽車網(wǎng)
展開 研究小組發(fā)現(xiàn) 防止氧氣釋放可使高能量密度電池更安全
基于此，該研究小組提出，高價(jià)過渡金屬會(huì)導(dǎo)致氧化物基電池材料中的晶格氧不穩(wěn)定。Nakamura表示：“此次發(fā)現(xiàn)將有助于進(jìn)一步開發(fā)由過渡金屬氧化物組成的高能量密度和強(qiáng)大的下一代電池。”
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關(guān)注 | 寧波材料所高能量密度鋰電池研究取得系列進(jìn)展
高能量密度鋰電池研究取得系列進(jìn)展
鋰金屬二次電池是突破500Wh/kg能量密度的下一代電池技術(shù)的重要發(fā)展方向。相較于傳統(tǒng)鋰離子電池，該電池體系對(duì)正、負(fù)極材料和電解液等關(guān)鍵材料以及電池設(shè)計(jì)與構(gòu)建等均提出了新的要求。具有高放電比容量（～300 mAh/g）的富鋰錳基正極材料被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)目標(biāo)的理想之選，但其電壓衰減、首次不可逆容量大、循環(huán)壽命不佳等問題依然突出。而金屬鋰負(fù)極的電化學(xué)沉積/溶解行為可逆性差、易于枝晶狀生長(zhǎng)、充放電過程中體積變化大以及“死鋰”堆積等問題也亟待解決。對(duì)于電解液，則需要同時(shí)匹配新型正負(fù)極材料的需求，并平衡注液量、粘度和電導(dǎo)率間的關(guān)系。此外，鋰金屬二次電池的電芯設(shè)計(jì)、組裝工藝和測(cè)試規(guī)程等也無(wú)法照搬傳統(tǒng)鋰離子電池工藝體系，需要大量的工藝創(chuàng)新。因此，鋰金屬二次電池技術(shù)發(fā)展面臨著巨大挑戰(zhàn)。近五年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所劉兆平研究團(tuán)隊(duì)在高能量密度鋰電池關(guān)鍵材料及體系構(gòu)建等方面開展了深入探索，取得了系列進(jìn)展。
展開 重大《ACS AEM》：高能量密度鋰金屬電池用混合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)！
此外，固態(tài)電解質(zhì)的使用將促成固態(tài)鋰金屬電池，其提供更高的能量密度，而且固態(tài)電解質(zhì)因?yàn)榫哂袑挼碾娀瘜W(xué)穩(wěn)定窗口，可以通過配對(duì)高電位正極材料來(lái)實(shí)現(xiàn)高能量密度電池。
探索具有優(yōu)異離子導(dǎo)電性、寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口、與鋰金屬相容性好和易于加工的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
在本項(xiàng)工作中，重慶大學(xué)宋樹豐教授團(tuán)隊(duì)將三種材料通過復(fù)合混合設(shè)計(jì)制備得到了一種鋰金屬電池用混合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，其中聚環(huán)氧乙烷用作聚合物主體，并確保了與鋰金屬的界面相容性，高導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性的離子凝膠旨在抑制聚環(huán)氧乙烷結(jié)晶并提高其導(dǎo)電性，而石榴石導(dǎo)體增強(qiáng)了機(jī)械和電化學(xué)穩(wěn)定性。這種復(fù)合混合設(shè)計(jì)制備的準(zhǔn)固體電解質(zhì)，不僅表現(xiàn)出
7.4×10 S cm?1
的高離子電導(dǎo)率，也將電化學(xué)穩(wěn)定窗口擴(kuò)展至
5.5 V
，且通過
XPS
證明復(fù)合混合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的相互作用和整體結(jié)構(gòu)，此外，復(fù)合混合準(zhǔn)固體電解質(zhì)還能抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。相關(guān)論文以題目為
“Composite Hybrid Quasi-Solid Electrolyte for High-Energy Lithium Metal Batteries”
發(fā)表在
ACS Applied Energy Materials
上。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsaem.1c01281
固態(tài)電解質(zhì)通常分為兩類：無(wú)機(jī)陶瓷和有機(jī)聚合物。與無(wú)機(jī)陶瓷相比，固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有柔性好、易加工、界面接觸好等優(yōu)點(diǎn)。目前比較流行用作鋰電池電解質(zhì)的聚合物是聚環(huán)氧乙烷，然而聚環(huán)氧乙烷型固態(tài)電解質(zhì)的低離子電導(dǎo)率限制了其在電化學(xué)裝置中的應(yīng)用，而離子傳輸是電池中電解質(zhì)最重要的功能。
展開 
日本開發(fā)新型無(wú)負(fù)極鋰金屬電池 能量密度高/壽命長(zhǎng)
蓋世汽車訊 鋰金屬電池（LMB）是一種新型鋰基可充電電池，由固態(tài)金屬代替鋰離子而制成，被視為最有前途的高能量密度可充電電池技術(shù)之一。然而，這種電池也存在一些局限性，如安全問題等。
（圖片來(lái)源：phys.org）
近年來(lái)，研究人員嘗試通過無(wú)負(fù)極電芯設(shè)計(jì)來(lái)克服這些障礙，以提高鋰金屬電池的能量密度和安全性。據(jù)外媒報(bào)道，在一項(xiàng)新研究中，日本國(guó)家工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所（AIST）的研究人員基于使用Li2O犧牲劑，開發(fā)出具有高能量密度和長(zhǎng)壽命的新型無(wú)負(fù)極鋰電池。
無(wú)負(fù)極全電芯電池架構(gòu)，通常基于帶有裸負(fù)極銅集流器的全鋰化正極。值得一提的是，無(wú)負(fù)極鋰電池的重量能量密度和體積能量密度，均可擴(kuò)展至最大極限。與更傳統(tǒng)的LMB設(shè)計(jì)相比，無(wú)負(fù)極電芯架構(gòu)還具有其他優(yōu)勢(shì)，包括成本更低、安全性更高和使電池組裝過程更簡(jiǎn)單等。
為了充分釋放無(wú)負(fù)極鋰金屬電池的潛力，研究人員首先要了解，如何實(shí)現(xiàn)鋰金屬電鍍的可逆性/穩(wěn)定性。許多人通過工程設(shè)計(jì)和選擇更有利的電解質(zhì)來(lái)解決這一問題，但大多以失敗告終。還有一些人嘗試使用鹽或添加劑來(lái)改善鋰金屬電鍍/剝離的可逆性。AIST的研究人員建議，使用Li2O作為犧牲劑，將其預(yù)加載至LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面。
研究人員表示：“實(shí)現(xiàn)高鋰可逆性具有挑戰(zhàn)性，尤其是考慮到電芯配置中有限的鋰儲(chǔ)存（通常為零鋰過量）。在這項(xiàng)研究中，我們?cè)贚iNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極上引入 Li 2 O ，作為預(yù)加載犧牲劑，以提供額外的鋰源。在長(zhǎng)期循環(huán)過程中，這可以抵消鋰在初始無(wú)負(fù)極電芯中的不可逆損耗。”
展開 南京大學(xué)張曄課題組《Angew》：一種高能量密度的鎂空氣電池！
植入式電子器件需要高能量密度且生物安全的能源系統(tǒng)為其供電。鋰、鈉等金屬離子電池能量密度較低，鋅、鋁等金屬空氣電池通常需要使用堿性電解質(zhì)，生物毒性較大。
鎂空氣電池具有較高的理論能量密度，使用中性電解質(zhì)，且鎂生物安全性較高，是一種較為理想的體內(nèi)能源設(shè)備。然而，目前報(bào)道的鎂空氣電池實(shí)際能量密度低，一方面是由于鎂負(fù)極和水系電解質(zhì)容易發(fā)生腐蝕反應(yīng)。另一方面放電產(chǎn)物氫氧化鎂會(huì)附著在鎂金屬表面，阻止電解質(zhì)和鎂的接觸，使放電反應(yīng)停止，降低鎂負(fù)極的利用率。
南京大學(xué)張曄課題組等設(shè)計(jì)了一種雙層凝膠電解質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)鎂金屬負(fù)極的保護(hù)以及對(duì)放電產(chǎn)物的調(diào)控，獲得了具有高能量密度的鎂空氣電池（2282 W h·kg-1，基于全部空氣電極和鎂負(fù)極的質(zhì)量），遠(yuǎn)高于目前文獻(xiàn)中采用合金化負(fù)極和抗腐蝕電解液等策略的鎂空氣電池。該研究成果以“High-energy-density magnesium-air battery based on dual-layer gel electrolyte”為題發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）。
論文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202104536
雙層凝膠電解質(zhì)是由聚氧化乙烯有機(jī)凝膠和聚丙烯酰胺水凝膠組成，兩層凝膠可以形成穩(wěn)定界面，其中聚氧化乙烯有機(jī)凝膠有效保護(hù)鎂金屬，抑制腐蝕。聚丙烯酰胺水凝膠電解質(zhì)不僅為空氣電極發(fā)生的氧還原反應(yīng)提供了必要的水，而且研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用含氯金屬鹽(氯化鋰、氯化鈉)的水凝膠時(shí)，鎂空氣電池的放電產(chǎn)物為具有獨(dú)特針狀結(jié)構(gòu)的Mg2Cl(OH)3，而不是文獻(xiàn)中通常報(bào)道的致密的氫氧化鎂。
展開 同時(shí)解決兩個(gè)瓶頸，實(shí)現(xiàn)高能量密度全固態(tài)鋰電池
電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性及其與電極的界面相容性是決定所有固態(tài)電池電化學(xué)性能的兩個(gè)關(guān)鍵因素。要獲得性能良好的全固態(tài)電池，同時(shí)展示出色的離子導(dǎo)電性和兼容的電解質(zhì)/電極界面是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。
來(lái)自中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所等單位的研究人員通過在自支撐三維多孔鍍銀鋰(Li6PS5Cl)骨架內(nèi)原位聚合聚乙二醇甲醚丙烯酸酯，這兩個(gè)瓶頸被同時(shí)成功解決。相關(guān)論文發(fā)表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202101523
通過這種集成策略設(shè)計(jì)的具有4.5 V LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2陰極材料的固態(tài)鋰金屬電池在室溫下顯示出超過99%的高庫(kù)侖效率。固態(tài)核磁共振數(shù)據(jù)表明，Li+主要沿連續(xù)的Li6PS5Cl相進(jìn)行遷移，導(dǎo)致室溫電導(dǎo)率為4.6×10-4S·cm-1，比相應(yīng)聚合物的電導(dǎo)率高128倍。同時(shí)，劣質(zhì)固體-固體電解質(zhì)/電極界面通過原位聚合集成，顯著降低界面電阻。因此，這項(xiàng)研究提供了一個(gè)非常有前途的固體電解質(zhì)設(shè)計(jì)策略，以同時(shí)滿足高離子電導(dǎo)率和良好的界面相容性，從而實(shí)現(xiàn)高能量密度全固態(tài)鋰電池。
圖1|帶有3D硫化物骨架的原位集成ASLB示意圖。
圖2| p-LPSCl的結(jié)構(gòu)分析
圖3| 3D復(fù)合材料的表征。
圖4|σLi+和不同固體電解質(zhì)的促進(jìn)因子。
圖5| Li+在3D復(fù)合材料內(nèi)的遷移行為。
展開 新型鋰離子電池：模仿人體脊椎，能量密度高，柔性好！
導(dǎo)讀
近日，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種柔性鋰離子電池原型，其形狀有點(diǎn)像人體脊椎，具有顯著的柔性、高能量密度。無(wú)論如何彎曲和扭曲，它都能具有穩(wěn)定的電壓。
背景
傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品一般都是剛性的，無(wú)法被拉伸和彎曲，因此其應(yīng)用范圍也受到了限制。然而，柔性電子一改傳統(tǒng)電子產(chǎn)品“僵硬”的形象，成為了電子產(chǎn)品前沿科技發(fā)展的一大重要趨勢(shì)。憑借著可彎曲、可扭曲、可伸縮、低功耗、高舒適度、輕薄、耐用、便攜等諸多優(yōu)勢(shì)，柔性電子技術(shù)與可穿戴技術(shù)等其他前沿技術(shù)交叉融合，為我們帶來(lái)一系列應(yīng)用，例如：智能手表、柔性顯示器、智能織物、智能眼鏡、皮膚貼片、傳感器等。
然而，隨著柔性可穿戴設(shè)備日益變多，這些產(chǎn)品的供電也成為了關(guān)鍵性問題。雖然筆者曾經(jīng)介紹過一系列“無(wú)需電池”自供電技術(shù)，但是目前這些技術(shù)大多處于實(shí)驗(yàn)室階段，離大規(guī)模商用尚有一段距離。然而，電池本身走向柔性化，也是解決這一問題的重要手段。筆者之前介紹過許多有關(guān)柔性電池的案例。例如，美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校開發(fā)的可伸縮燃料電池可以從汗液中提取能量，為L(zhǎng)ED和藍(lán)牙適配器之類的電子產(chǎn)品供電。
（圖片來(lái)源：加州大學(xué)圣地亞哥分校）
然而迄今為止，讓鋰離子電池同時(shí)具有良好的柔性和高能量密度，對(duì)于研究人員來(lái)說還是頗具挑戰(zhàn)性的。
創(chuàng)新
近日，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)工學(xué)院應(yīng)用物理和數(shù)學(xué)系材料科學(xué)和工程專業(yè)助理教授 Yuan Yang 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開發(fā)的原型產(chǎn)品能夠應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)。這種鋰離子電池形狀有點(diǎn)像人體脊椎，無(wú)論如何彎曲和扭曲，它都具有顯著的柔性、高能量密度、穩(wěn)定的電壓。這一研究的相關(guān)論文發(fā)表于《高級(jí)材料》（Advanced Materials）雜志。
展開 液體電池將為電動(dòng)飛機(jī)提供更加安全和更高能量密度的動(dòng)力
充電后的液體可以采用跟航空燃油相似的方式進(jìn)行儲(chǔ)存，實(shí)現(xiàn)液體快速重新加注，而不是在飛行間隔中采用較為緩慢的電池充電方式。飛機(jī)油箱可以是任意尺寸和形狀。液體安全、不易燃，可用于冷卻電池和電機(jī)。
液流電池并不是新鮮事物，但此前由于泵送液體的能量儲(chǔ)存材料溶解量受到限制，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的電池能量密度較低。Influit公司表示，通過表面處理可以使納米粒子濃度達(dá)到80％。NEF電池的活性材料比例可以達(dá)到65％，相較而言，固體鋰離子電池的活性材料只有35％。
在納米電燃料液流電池中，懸浮在液體電解質(zhì)中的活性納米顆粒從油箱輸送、流經(jīng)離子交換膜實(shí)現(xiàn)發(fā)電。
短期來(lái)看，NEF電池的能量密度比鋰離子電池高1.5倍以上。今年6月，NASA電氣工程師Kurt Papathakis在亞特蘭大舉行的2018年美國(guó)航空航天航空學(xué)會(huì)年會(huì)上介紹了Aquifer項(xiàng)目，大致描繪了項(xiàng)目的技術(shù)路線圖。通過該路線圖，NEF電池的能量密度將達(dá)到鋰離子電池組的兩倍以上。
目前，NEF液流電池原理樣件的電流密度水平為每平方厘米若干毫安（mA）級(jí)。如果獲得資助，NASA的研究成果將在2020財(cái)年提供第一代NEF技術(shù)，其電流密度達(dá)到100mA/cm2，系統(tǒng)級(jí)比能量達(dá)到125Wh/kg或350Wh/L，性能優(yōu)于鋰離子電池。
隨著工業(yè)成本分?jǐn)偅磥?lái)的電流密度水平將升至200mA/cm2，比能量為530Wh/kg，達(dá)到鋰離子電池的兩倍。
展開 本田研發(fā)出新電池技術(shù) 能量密度是鋰離子電池10倍
據(jù)汽車新聞網(wǎng)站Left Lane News報(bào)道，本田一科學(xué)家團(tuán)隊(duì)表示已經(jīng)研發(fā)出了一種新型電池技術(shù)，能量密度是鋰離子電池技術(shù)的10倍以上，今后新技術(shù)可以代替鋰離子電池，成為電動(dòng)汽車能量來(lái)源的新選擇。
本田研究所（Honda Research）、加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）與NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（Jet Propulsion Lab）的科學(xué)家們周四宣布，他們研發(fā)出了一種更為溫度穩(wěn)定型的氟化物離子（fluoride-ion）電池技術(shù)。新技術(shù)生產(chǎn)的電池不僅是當(dāng)前鋰離子電池能量密度的10倍以上，而且它還可以更好的適應(yīng)環(huán)境。
氟化物離子電池技術(shù)其實(shí)并不是新技術(shù)，但是本田及其合作伙伴研發(fā)出了該技術(shù)的一種更為穩(wěn)定版本。先前的氟化物離子電池技術(shù)的運(yùn)行溫度需要超過300度；而本田研發(fā)的氟化物離子電池技術(shù)在室溫條件下即可有效運(yùn)轉(zhuǎn)。此外，技術(shù)所需的原料可以從土地中直接提取，環(huán)境影響非常小。
本田研究所首席科學(xué)家克里斯托夫·布魯克斯博士（Dr. Christopher Brooks）表示：“氟化物離子電池技術(shù)提供了一種前景可觀的全新電池化學(xué)技術(shù)，其能量密度要比現(xiàn)有鋰離子電池高10倍之多。與鋰離子電池相比，氟化物離子電池并不用擔(dān)心過熱的問題，對(duì)原料提取也沒有太多的要求，與鋰和鈷等電池原料的獲取相比，其環(huán)境影響非常的小。”
雖然技術(shù)還需要繼續(xù)改進(jìn)，但是本田認(rèn)為氟化物離子電池技術(shù)將是未來(lái)技術(shù)，可以應(yīng)用于電動(dòng)汽車以及其他更小的能源產(chǎn)品。
來(lái)源：網(wǎng)易汽車
展開 Lyten推出下一代鋰硫電池 能量密度是傳統(tǒng)鋰離子電池的三倍
蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，領(lǐng)先材料公司Lyten推出LytCell EV?鋰硫電池平臺(tái)。這一電池創(chuàng)新針對(duì)電動(dòng)汽車市場(chǎng)進(jìn)行優(yōu)化，其設(shè)計(jì)旨在提供三倍于傳統(tǒng)鋰離子電池的重量能量密度。
（圖片來(lái)源：Lyten公司）
該鋰硫架構(gòu)基于Lyten 3D石墨烯?（Lyten 3D Graphene?），其重量能量密度有望達(dá)到900 Wh/kg，明顯超過傳統(tǒng)鋰離子電池和固態(tài)電池。Lyten硫磺籠?（Lyten Sulfur Caging?）是LytCell? 電池中使用的一項(xiàng)技術(shù)，通過阻止“多硫化物穿梭”來(lái)釋放硫的性能潛力。穿梭效應(yīng)影響電池電動(dòng)汽車的使用壽命，一直阻礙著鋰硫電池在電動(dòng)汽車中的實(shí)際應(yīng)用。根據(jù)美國(guó)國(guó)防部（DoD）測(cè)試協(xié)議，LytCell?原型設(shè)計(jì)已證明超過1400次循環(huán)。
該公司首席執(zhí)行官Dan Cook表示：“LytCell EV?電池的性能、續(xù)航里程和安全性都得到了改善。通過提供最環(huán)保的電池和符合《美墨加協(xié)議》（USMCA）的供應(yīng)鏈，我們相信汽車制造商將更有信心實(shí)現(xiàn)電氣化藍(lán)圖。”
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電池包減重提升動(dòng)力電池能量密度 碳纖維復(fù)合材料可“止痛”
根據(jù)計(jì)劃，財(cái)政補(bǔ)助到2020年將持續(xù)減少，電池能量密度在每千克160瓦時(shí)（Wh/kg）或以上的新能源汽車，可享受新補(bǔ)貼政策的最高補(bǔ)貼。
但是，工信部2019年第2批推薦目錄中，純電動(dòng)乘用車83款，其中電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到160Wh/Kg的只有13款。鳳凰環(huán)氧樹脂127https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/48285.html
而按照我國(guó)政府規(guī)劃，到2020年動(dòng)力電池單體能量密度大于300Wh/Kg，系統(tǒng)能量密度可到260Wh/kg。
“提高電池包質(zhì)量能量密度的需求十分迫切。”中科院電動(dòng)汽車研發(fā)中心（天津）副主任、天津中科先進(jìn)技術(shù)研究院材料事業(yè)部部長(zhǎng)曹曉燕博士在由尋材問料?主辦的“2019?第五屆碳纖維及其復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)大會(huì)”上表示。
中科院電動(dòng)汽車研發(fā)中心（天津）副主任、天津中科先進(jìn)技術(shù)研究院材料事業(yè)部部長(zhǎng)曹曉燕博士
提高輕量化水平可間接提高動(dòng)力電池能量密度。曹曉燕博士認(rèn)為，出于安全性考慮，提高電池系統(tǒng)能量密度的工作重心已經(jīng)由提高電芯能量密度轉(zhuǎn)為整個(gè)系統(tǒng)減重。
數(shù)據(jù)可能體現(xiàn)會(huì)更直觀。曹曉燕博士指出，電池包在整個(gè)電動(dòng)汽車重量的占比達(dá)到29%，因此電池包的減重對(duì)電動(dòng)汽車減重貢獻(xiàn)巨大，需要加大電池包輕量化技術(shù)研究力度。
另外，電動(dòng)汽車安全性問題也是普遍關(guān)注的敏感問題，電池包作為純電動(dòng)汽車的核心部件，電池包的安全性直接影響到整車的安全性。
“電池包輕質(zhì)材料的發(fā)展，經(jīng)歷了從鋼到鋁合金、工程塑料，再到碳纖維及其復(fù)合材料的歷程。”曹曉燕博士表示，碳纖維復(fù)合材料具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高、耐腐蝕抗老化性好等優(yōu)點(diǎn)，是開發(fā)電池包箱體、解決行業(yè)痛點(diǎn)的關(guān)鍵材料之一。
這從天津中科先進(jìn)技術(shù)研究院針對(duì)電動(dòng)汽車領(lǐng)域關(guān)鍵核心部件，開發(fā)的新型復(fù)合材料電池包外殼實(shí)際案例也能看出。
展開 新型電動(dòng)汽車電池技術(shù)問世！ 可將電池能量密度提高2倍成本降一半
蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，當(dāng)?shù)貢r(shí)間6月10日，電動(dòng)汽車電池技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者OneD Battery Sciences宣布推出一項(xiàng)可為下一代電動(dòng)汽車電池提供動(dòng)力的突破性技術(shù)——SINANODE。對(duì)于電動(dòng)汽車行業(yè)而言，打造含有更多硅的電池一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，而SINANODE無(wú)縫集成至現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中，讓硅納米線與商用石墨粉末融合，將電池陽(yáng)極的能量密度提高了兩倍，但是將每kWh的成本降低了一半。能量密度更高可以讓電池的續(xù)航更長(zhǎng)，而納米線能夠縮短充電時(shí)間，讓OEM設(shè)計(jì)和生產(chǎn)出滿足了人們對(duì)搭載更好電池的電動(dòng)汽車的需求。
OneD Battery Sciences的logo（圖片來(lái)源：OneD Battery Sciences）
在過去三年中，美國(guó)、歐洲和亞洲的石墨供應(yīng)商、電池制造商和電動(dòng)汽車制造商已經(jīng)對(duì)SINANODE進(jìn)行了測(cè)試，將該技術(shù)應(yīng)用于電動(dòng)汽車電池陽(yáng)極中的電動(dòng)汽車級(jí)石墨中，發(fā)現(xiàn)了以下好處：
續(xù)航和電池壽命都得到增長(zhǎng)——SINANODE成功將硅納米線融合至多個(gè)供應(yīng)商的商用石墨粉末中，將陽(yáng)極的比容量提高了2倍（容量大于1000 mAh/g，單位重量所能存儲(chǔ)的能量）。然后，該款SINANODE陽(yáng)極材料與石墨相混合，達(dá)到了較高的初始庫(kù)倫效率（大于92%，放電容量與充電容量之百分比），在1000次以上的充放電循環(huán)中的陽(yáng)極比容量高于目前所有的先進(jìn)量產(chǎn)電池。
成本降低——SINANODE在多個(gè)供應(yīng)商提供的商用生產(chǎn)化學(xué)氣相沉積（CVD）設(shè)備的基礎(chǔ)上研發(fā)而來(lái)，只是用了大量的硅烷和氮?dú)猓杀緲O其具有吸引力。
展開 新能源車常說的“電池能量密度”，到底是什么？
什么是電池能量密度？
上大《ACS Nano》綜述：微米級(jí)硅基負(fù)極用于高能量鋰電池的認(rèn)識(shí)和工業(yè)前景
此外，評(píng)估工業(yè)運(yùn)行條件下的長(zhǎng)循環(huán)性能（最多1000次循環(huán)）是有意義的，為此，有必要系統(tǒng)地監(jiān)測(cè)長(zhǎng)循環(huán)期間正極和負(fù)極材料的電壓衰減對(duì)電池能量密度的影響，更重要的是，需要深入了解和分析全電池系統(tǒng)的容量衰減機(jī)理，包括晶相變化、電化學(xué)阻抗、電極溶脹分析以及先進(jìn)的檢測(cè)方法。因此，開發(fā)一種先進(jìn)的、可擴(kuò)展的鋰離子電池預(yù)鋰化技術(shù)是充分利用活性材料提高鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵。
簡(jiǎn)言之，理想電極的設(shè)計(jì)基本上解決了電子和離子在空間（長(zhǎng)距離）和時(shí)間（短時(shí)間）中的傳輸問題，而不會(huì)導(dǎo)致容量下降，盡管硅具有優(yōu)異的超高理論比容量，但在現(xiàn)階段仍難以將純硅用作商業(yè)負(fù)極。隨著基礎(chǔ)科學(xué)對(duì)電極材料的深入探索和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與電池行業(yè)的協(xié)調(diào)，硅基負(fù)極材料的商業(yè)化進(jìn)程將加快，達(dá)到500Wh kg?1能量密度的鋰離子電池將可以在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)。
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