新型纳米硅锂电池问世，容量是传统锂电池的5倍
2020-12-10 08:13:36 来源: 央视财经
新型纳米硅锂电池问世，容量是传统锂电池的5倍
“十三五”期间，中国新能源汽车的产销快速增长，连续五年位居全球第一，预计到今年年底新能源汽车的保有量将突破500万辆。同时，中国在新能源电池的核心技术方面也不断传来好消息，80岁的中国锂电池第一人陈立泉带着他的团队研发出了新型的电池材料。
80岁的中国工程院院士陈立泉是中国锂电产业的奠基人。上世纪80年代，陈立泉和团队在中国率先开展了固体电解质和锂二次电池研究。1996年，他带领科研团队在国内率先研制出锂离子电池，率先解决了国内锂离子电池规模化生产的科学技术与工程问题，实现了国内锂离子电池的产业化。
在江苏溧阳，陈立泉院士的得意门生李泓，带领团队经过二十多年的技术攻关，在一项锂电池关键原材料上获得了突破，并在2017年进行了量产。
纳米硅负极材料是他们自主研发的新材料，用它做成的纽扣电池，其容量是传统石墨锂电池的5倍。
硅在自然界中广泛存在，储量丰富，砂子的主要成分就是二氧化硅。但是要把金属硅做成硅负极材料，就要进行特殊的加工处理。在实验室里，完成这样的加工处理并不是难事，但是要做成吨级的硅负极材料，这就需要大量的技术攻关和试验。
中科院物理所从1996年就开始研究纳米硅，2012年开始做硅负极材料生产线，直到2017年才做出第一条生产线，而且不停地调整修正。经历过几千次的失败才批量生产出了硅负极材料。目前，溧阳这家工厂年产锂离子电池硅负极材料可以达到2000吨。
如果说硅负极材料是未来提高锂电池能量密度的一个很好的选择，那么固态电池技术则是解决目前锂电池安全性、循环寿命等问题的一种公认的有效解决方案。当前很多国家都在积极布局固态电池的研制，中国在固态锂电池技术方面的研发也在与国际同步。
在溧阳的这家工厂里，采用了李泓教授带领团队研发的固态锂电池的无人机，续航里程比同样规格的无人机，增加了20%。奥秘都在这个黑褐色的材料上，它们就是中科院物理研究所研制的固态化正极材料。
2018年，这里已经完成了300Wh/kg固态动力电池系统的设计开发，在车辆上搭载后，可以使整车续航里程增加一倍。2019年，中科院在江苏溧阳建立了固态电池中试生产线，今年5月，已经陆续有产品开始在消费电子类产品中使用。
不过，李泓告诉记者，这还不是完全意义上的全固态电池，而是在液态锂电池技术上不断优化的类固态电池，要想让汽车续航里程更远、手机待机时间更长、无人机飞得更高更远，就要研发更安全、更大容量的全固态电池。 新型电池层出不穷 “电动中国”正在建设。
不仅是中科院科物理所，很多企业也都在探索新能源电池的新技术、新材料。在广东珠海的一家新能源公司，一辆纯电动公交车在公司的充电示范区进行充电。
充电三分多钟，剩余电量就由33%上升到60%以上，仅仅8分钟，这辆公交车的电量就充满了，显示为99%。
梁工告诉记者，城市公交车线路固定、一个来回的公里数不会超过100公里，利用公交司机休息的时间充电，可以充分发挥钛酸锂电池充电快的优势，另外钛酸锂电池还有循环寿命长的优势。
在这家公司的电池研究院，有一块从2014年就开始进行充放电循环试验的钛酸锂电池，如今六年时间，充放电已超过3万次。
在另外一间实验室，技术人员给记者演示了钛酸锂电池跌落、针刺、切割试验，特别是钢针刺穿进电池之后，没有发生燃烧、冒烟等现象，而且电池还能正常使用，同样钛酸锂电池具有宽域的环境温度。
尽管钛酸锂电池有长寿命、高安全、充电快的优势，但是钛酸锂电池的能量密度不够高，只有锂电池的一半左右。因此，他们把目标市场放在了公交车、专用车辆，以及储能电站等对能量密度要求不高的应用场景。
在储能电池研发和产业化方面，中科院物理研究所研发的钠离子电池已经开启了商业化之路。相同的储电量，钠离子电池相比铅酸电池，不仅体积小，而且重量大大减轻，同样体积钠离子电池的重量不到铅酸电池的30%。在一款低速电动观光车上，同样的空间，储存的电量增加了60%。
2011年，同样师从陈立泉院士的中科院物理所研究员胡勇胜带领团队，开始致力于钠离子电池技术的研发，经过的10年技术攻关，开发出了钠离子电池，在国内以及全球钠离子电池底层研发及产品应用领域都处于领先地位。
相比锂离子电池，钠离子电池最大的一个优势就是原材料分布广泛、价格便宜。生产负极材料的原料就是经过洗选的煤炭，每吨的价格不到一千元，远远低于几万元一吨的石墨价格。而另一种材料碳酸钠，同样资源量丰富，价格便宜。
钠离子电池不易燃烧，安全性好，在零下40摄氏度都可以工作，但是能量密度不如锂电池，目前只能用在低速电动车、储能电站等对能量密度要求较低的领域。不过，钠离子电池的目标是用做储能设备，目前已经开发出100千瓦时的储能电站系统。
对于未来动力电池、储能电池发展的方向，中国工程院院士陈立泉认为，安全性和成本仍然是动力电池、储能电池等技术攻关的核心要求。在传统能源紧缺的情况下，储能电池能够促进可再生能源并网应用，改善峰谷用电矛盾，形成绿色、可持续的能源结构。
中央关于“十四五”规划的建议中，将新能源、新能源汽车同新一代信息技术、生物技术、高端装备、航空航天、海洋装备等列为要加快发展的战略性新兴产业。同时指出，要构建战略性新兴产业增长引擎，培育新技术、新产品、新业态、新模式。 在节目中我们看到，科研机构、产业化公司，正在通过不同的技术路线，攻克新能源发展的“痛点”。目前，我国新能源产业发展虽然取得了一定的先发优势，但仍面临发展短板的问题，核心技术也有待突破，这些都等待着勇敢者们用智慧去攀登，用坚持来跨越。
记者：康敬峰 毛云李