材料革命来袭,动力电池发展在何方
8月29日下午,“OFweek2023锂电智能制造技术研讨会”在深圳福田会展中心(7号馆)隆重举办,本次研讨会主题为“数字新时代,共同探索锂电行业数字化转型”,北京理工大学机械与车辆学院副教授、硕士生导师孙立清在会上带来了主题为“动力电池行业技术现状及市场发展趋势预测”的演讲。
北京理工大学电动车辆国家工程研究中心是由发改委第一个国家级电动车辆国家工程实验室改制而来,是国内最早从事电动车辆研究的单位。从1992年开始参加原国防科工委组织的电动车辆研究开发工作,自国家“八五”计划以来,一直得到科技部、工信部、总装备部和北京市政府的重点支持,在电动车辆科研、产业化和示范运行方面积累了丰富的研究成果。
本次演讲中,孙立清教授着重在材料、发展方向、市场趋势等方面分享了他的研究成果。孙教授表示,从锂电池行业角度而言,这个行业更符合采用智能化、数字化的方式为今后大规模制造和大范围应用提供先决条件。
新能源是国家发展的重点,新能源汽车是目前我国和国际竞争的焦点。随着核排放事件的发酵,今后能源需求会更倾向于新能源,同时新能源汽车经历过去将近20年的发展,如今已经到了放量快升的爬坡时期,其他的运载工具,无论是天上飞的,地上跑的,水里游的,城市运行的,农业劳作的,都在新能源化,替代了汽油等排放高的污染能源。
随着新能源汽车发展,锂电池得到了大规模应用,但锂电池的使用同时带来了很多问题,首当其冲的就是安全问题,据有关数据统计,新能源汽车平均每日起火达到7例;其次,锂电池耐低温能力较差,在北方地区的冬天,电池续航里程大打折扣;锂电池的成本高昂,以及废弃锂电池的处理对环境的影响等问题。这些问题都成为了锂电池行业继续前进需要解决的障碍。
孙立清教授认为,新能源电池的关键核心仍然是材料。习近平总书记说过,新材料产业必然成为未来高新技术产业发展的基石和先导,对全球经济、科技、环境等各个领域发展产生深刻影响。每次社会出现生产工具的变革,都伴随着材料的突破,它也是人类文明进步的基石。
目前最重要的方向,是固态电池方向的研发。目前我国的研发进程已经从结构创新走向材料创新,主流电池厂商已经对石墨烯,碳纳米管,硅等材料应用有了突破性进展。在过去的很长一段时间内,锂电行业一直因为材料吃了不少亏,例如隔膜原材料,对进口的依赖相当高;粘接剂上,我们需要提前三个月向供应商付款,同时交易价格很高,才可以拿到国外进口的材料。
目前,固态电池界面技术有几种主流方案。A方案是电池采用非生产性造膜界面电解质成膜技术,新型电池界面成膜工艺电池技术是继Bellcore聚合物锂离子电池制造技术后的一项技术创新,是目前世界一流电池企业和世界各国高校、科研机构研究的方向,颠覆了锂离子电池制造技术的行业壁垒,其能形成三个过渡界面,有利于锂离子在电池中的迁移。
国内锂电企业对该技术还处在研发阶段。该技术全面颠覆行业技术壁垒,实现了锂电池电极、电解质的高密度以及电极、电解质结构一体化特点能够让更多带电离子聚集在一端,传导电流更大,进而提升电池容量。
B方案是使用的硫化物、氧化物之外的其他固态电解质,例如卤化物、氮化物等等,这些固态电解质化学稳定性较高,层状结构稳定,有较大的比表面积,表面电荷密度大,与有效化学反应物融合后具有离子交换功能,同时界面稳定性和机械强度很高。目前已经有该方案的材料得到验证。
孙立清教授总结道,仅仅结构创新是不够的,必须从材料创新入手。老一代材料已经到后时代,在材料后时代期间,电池还会存续3-5年,但新一代材料革命性变革已经来临,单纯的电化学电池或许该画句号,物理化学融合新材料电池是趋势。在这个节点上,我们要重视材料,重视材料技术,重视材料产业!
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