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技術進展方面，到2020年國家對于動力鋰離子電池能量密度的指標是300Wh/kg，現在一些電池企業(yè)已經初步達到了這個指標，還在進一步提高綜合性能。目前，北理工吳鋒團隊從電池材料到電池系統以及對新型材料的技術研究都在不斷進步中。

 

正極材料方面，其將新一代高比能鋰離子電池正極材料的研發(fā)重點放在了富鋰錳基材料方面。

 

“北京大學等單位在高比容富鋰錳基材料研究方面取得了突破。我們團隊在仿生膜設計，通過界面保護提高材料穩(wěn)定性，構筑選擇性鋰離子通道，提高材料倍率性能方面也進行了一系列的研究。” 吳鋒表示。

 

新型負極材料方面，團隊進行了無集流體，無黏結劑電極方面的嘗試，可以提供更多電化學位點，從而提高電極比容量。

 

在鋰硫電池正極材料方面，其利用雙“費歇爾酯化”的模塊組裝方法，將分散的導電碳組裝為橢球型的微米超結構，顯著提高了正極單位面積的硫載量，電池能量密度達到545Wh/kg。

 

在動力電池安全性方面，團隊從材料入手，包括研制出溫度敏感電極、陶瓷高強隔膜、安全電解質等顯著提高了電池的夲征安全性。還研制出基于納米TiO2與離子液體的新一代凝膠固態(tài)電解質，具有高室溫電導率與顯著的安全性（1300℃/60s不燃）。

 

在系統安全性方面，基于其提出的電池安全閾值邊界的識別與控制概念，建立了相關的安全狀態(tài)的數學模型，通過建立這個數學模型，可以將量化的安全度實時顯示在電動汽車儀表盤，給司機提供可視化的安全預警。

 

在動力電池回收再生和再利用方面，我們研發(fā)出天然有機酸綠色高效回收技術，鈷、鋰、鎳的浸取率達到92%以上。把回收過來的材料再做成正極，并符合正極材料的要求，這形成一個內循環(huán)，從廢舊正極的回收到正極材料的再生。

 

外循環(huán)方面，像廢舊電池的負極，由于碳價格不高，團隊將碳回收，做成了碳吸附劑，可以用來吸附磷，高達588mg/g，把這種吸附劑放在太湖、滇池等嚴重磷污染的湖水中，能夠處理污水，再把處理后的含磷吸附劑，放到土壤里，作為磷肥緩緩釋劑，形成一個外循環(huán)，因為這個需求量也很大。

 

吳鋒認為，在動力電池技術發(fā)展方面，今后主要還是集中在提高安全性、提升比能量，提高壽命、控制成本方面，當然壽命和成本本身也是密切相關的。

 

高比能正極材料方面，目前低鈷是大趨勢。富鋰錳基是下一代高比能鋰離子電池的主要正極材料，因為在研究當中發(fā)現，在這個體系里，氧參與了反應，也就是說從單電子上升為多電子反應，為鋰離子電池能量密度的大幅度提升提供了材料基礎。

 

新型負極材料方面，硅碳復合還是研發(fā)重點，純硅還要再遠一點。負極材料在納米化方面還有很多研究的空間。

 

電解質方面，作為影響鋰離子安全的主要因素之一，電解質在向固態(tài)化方向發(fā)展，目前還達不到全固態(tài)，北理工團隊研制出新型仿生蟻穴結構的新型離子凝膠電解質，在鋰金屬表面形成保護層，可有效抑制鋰枝晶生長。電池材料在仿生方面的研究有利于電池本身的綠色化。

 

隔膜方面，動力電池隔膜需要高穩(wěn)定性，在保證強度的基礎上，有待進一步輕質和薄型化。

 

“動力電池正邁向固態(tài)化時代，現在硫化合物和聚合物的結合還是比較看好的，但是我總覺得還是一步一步來，從準固態(tài)向固態(tài)發(fā)展。”吳峰強調。

 

動力電池梯次利用方面，大型儲能系統所需的管理電池是動力電池數量的幾百倍甚至更多，針對于退役動力電池的一致性和先進的電池管理控制軟件系統提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

 

在電池管理控制系統技術不成熟的前提下，退役動力電池用作移動應急電源等小型儲存系統更為合適。按照現在的技術，馬上把電動汽車電池退役之后用在太陽能和風電的儲能，從小到大，如何保證電池的均勻性和電池系統的安全可靠性，還有待商榷，需要認真研討。根據3R&3E策略，采取多種方法回收有價金屬，降低各類污染，日本在這方面有許多成功的經驗。

 

吳鋒表示，在保障安全性前提下，繼續(xù)開發(fā)高能量密度、功率密度、低成本、高可靠性的動力電池體系，建立完整的動力電池梯次利用和電池回收再利用體系，將加快推進新能源汽車發(fā)展。

 

與此同時，技術發(fā)展的不確定性，意味著可能隨時被顛覆；中國動力電池目前狀況是總體產能過剩，優(yōu)質產能不足，急需進一步創(chuàng)新發(fā)展，以期取得具有顛覆性的技術突破。

 

吳峰指出，一個真正從基礎研究做起來的顛覆性創(chuàng)新，并不是一蹴即成的，不能急于求成，有時候這個事情要做五年十年或者十五年。美國能源部最近對動力電池提出了更高的性價比指標，從整個材料體系和電池體系來講，國內都要有些創(chuàng)新性的思路。

 

原標題:吳鋒：鋰電池7大前沿技術前瞻