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【原創(chuàng)】陳立泉院士關(guān)于中國(guó)固態(tài)鋰電池發(fā)展的3個(gè)戰(zhàn)略思考


來(lái)源:中國(guó)粉體網(wǎng)   平安

[導(dǎo)讀]  作為中國(guó)鋰離子電池研究與產(chǎn)業(yè)化的主要開拓者,,中國(guó)工程院院士陳立泉近些年圍繞固態(tài)鋰電池,,發(fā)表了許多富有前瞻意義的戰(zhàn)略思考,。

中國(guó)粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池現(xiàn)已全面滲入人類生活的方方面面,,過去十幾年,中國(guó)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了巨大變化,,形成了上中下游比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈,,生產(chǎn)出了與電動(dòng)汽車發(fā)展進(jìn)程相匹配的鋰離子動(dòng)力電池,積極推動(dòng)了新能源汽車的發(fā)展,。

但自電動(dòng)汽車推廣以來(lái),,鋰離子電池燃燒爆炸的新聞一直未曾間斷,鋰離子電池的安全性引起了廣泛關(guān)注,。導(dǎo)致燃燒爆炸的主要原因,,在于鋰離子電池電解質(zhì)是可燃的有機(jī)溶液,因此,,固態(tài)鋰電池有望成為解決動(dòng)力鋰電池安全問題的終極方案,。

作為中國(guó)鋰離子電池研究與產(chǎn)業(yè)化的主要開拓者,中國(guó)工程院院士陳立泉近些年圍繞固態(tài)鋰電池,,發(fā)表了許多富有前瞻意義的戰(zhàn)略思考,。中國(guó)粉體網(wǎng)小編特做如下梳理。



(圖片來(lái)源:Engineering)

發(fā)展固態(tài)電池,,刻不容緩

2014年,,面對(duì)世界各國(guó)都在大力研發(fā)固態(tài)電池的背景,陳立泉院士提出,,為了實(shí)現(xiàn)中國(guó)鋰電池產(chǎn)業(yè)由并跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變,,必須大力研究和開發(fā)固態(tài)電池,要從材料研究,、生產(chǎn)到應(yīng)用,,再到電芯設(shè)計(jì)、制造以及設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化,,縮短研發(fā)周期,,以爭(zhēng)奪領(lǐng)先地位,。

固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵是開發(fā)一種適用的固態(tài)電解質(zhì)材料,,它必須至少滿足兩個(gè)條件:首先,,要有較高的室溫離子電導(dǎo)率(~10-3S/cm),;其次,,與正,、負(fù)極要形成穩(wěn)定的界面。

固體電解質(zhì)材料目前有兩大類:一類是無(wú)機(jī)材料,,另一類是聚合物,。這兩類可用的材料都不是很多,室溫離子電導(dǎo)率較高的無(wú)機(jī)或有機(jī)固體電解質(zhì)材料都僅有5~6種,,但是任何一種都不能完全滿足需要,。

陳院士指出,,尋找新的固體電解質(zhì)材料和正極材料對(duì)于我們爭(zhēng)奪戰(zhàn)略制高點(diǎn)是十分重要的,并提出通過“材料基因組工程”來(lái)加快這一進(jìn)程。

“中國(guó)版材料基因組計(jì)劃”

材料是制造業(yè)的基礎(chǔ),,材料創(chuàng)新往往處在顛覆性技術(shù)革命的核心。我國(guó)在新材料領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力不足,,關(guān)鍵材料自給率令人擔(dān)憂,。另外,,依賴科學(xué)直覺與試錯(cuò)的傳統(tǒng)材料研究方法,,新材料從發(fā)現(xiàn)到市場(chǎng)應(yīng)用的進(jìn)程需要很長(zhǎng)時(shí)間,。在此背景下,陳院士指出,,我們必須毫不猶豫地將“中國(guó)版材料基因組計(jì)劃”作為一項(xiàng)國(guó)家戰(zhàn)略啟動(dòng)實(shí)施,。

材料基因組計(jì)劃的根本目的是引領(lǐng)并推廣材料科學(xué)研究的新范式和新文化,。通過前期材料模擬計(jì)算預(yù)測(cè)材料性質(zhì),、性能,完成材料設(shè)計(jì),,再輔以數(shù)量有限的關(guān)鍵驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)來(lái)完成材料的研發(fā),。

這首先需要建立一批具有計(jì)算工具、實(shí)驗(yàn)工具和數(shù)據(jù)管理能力的材料基因研究中心,,形成新材料創(chuàng)新的基礎(chǔ)設(shè)施;與此同時(shí),可以選擇幾種目前我國(guó)亟需的關(guān)鍵材料進(jìn)行材料基因組技術(shù)攻關(guān)研究示范,,包括能源材料,、復(fù)合材料、低維電子材料,、無(wú)機(jī)功能材料,、高溫合金等。



應(yīng)立即加強(qiáng)基礎(chǔ)研究

面對(duì)鋰電池產(chǎn)業(yè)激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)形勢(shì),,中國(guó)如何應(yīng)對(duì),?陳院士指出,只有一條:應(yīng)立即加強(qiáng)基礎(chǔ)研究,!無(wú)論是從國(guó)家層面,,還是從企業(yè)層面,首先應(yīng)統(tǒng)一認(rèn)識(shí),,然后加大資金投入,。

一方面,為了使可充電池的能量密度高于300Wh/kg,,必須研究新的化學(xué)體系,。新體系是什么?日本人提出的500Wh/kg,,甚至更高,是采用什么化學(xué)體系,?等我們知道了這個(gè)體系,,他們的專利可能早就已經(jīng)申請(qǐng)了,屆時(shí)我們要用他們的成果,,就必須花高價(jià)購(gòu)買知識(shí)產(chǎn)權(quán)。陳院士告誡說(shuō),我們與其幾年后花“大價(jià)錢”受制于人,,不如現(xiàn)在就花“小錢”加大基礎(chǔ)研究的力度,,獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成果。

另一方面,,鋰/硫電池,、鋰/空氣電池,這兩種很有前途的高能量密度鋰電池都必須采用固體電解質(zhì),。因此,,提前布局全固態(tài)電池不僅是中期考慮,,也是為更長(zhǎng)期考慮,。由于納米結(jié)構(gòu)電極,、新電解質(zhì)材料,、鋰表面處理技術(shù)的發(fā)展,鋰/硫電池和鋰/空氣電池性能方面取得了顯著進(jìn)步,特別是鋰/硫電池的應(yīng)用前景開始更加明朗,。而未來(lái)能量密度超過500(W·h)/kg的鋰/空氣電池能使電動(dòng)汽車的行駛里程與內(nèi)燃機(jī)汽車相當(dāng),,有望成為電動(dòng)汽車的終極電池,。

在陳院士看來(lái),在新一輪的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中,,只要政策適當(dāng),只要加大對(duì)基礎(chǔ)研究的支持,,信任和依靠我國(guó)所培養(yǎng)的一批極具創(chuàng)新能力的青年才俊,,就一定能取勝。

參考來(lái)源:

陳立泉:鋰離子電池改變世界——2019年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)成果簡(jiǎn)析;科技導(dǎo)報(bào) 2019

陳立泉院士:未來(lái)一定是固態(tài)電池的天下;中國(guó)粉體網(wǎng) 2019

中國(guó)鋰電研究第一人——陳立泉院士;中國(guó)粉體網(wǎng) 2018

陳立泉:鋰電池如何開動(dòng)電動(dòng)汽車走出國(guó)門;科技導(dǎo)報(bào) 2016

陳立泉:四十年固態(tài)鋰電池——回顧與展望,;儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù) 2016

陳立泉:材料基因組計(jì)劃與先進(jìn)材料;Engineering 2015

陳立泉:鋰離子電池:從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè),;新材料產(chǎn)業(yè) 2009

注:圖片非商業(yè)用途,存在侵權(quán)告知?jiǎng)h除,!

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作者:平安

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