纳米硅、钛酸锂、钠离子…我国锂电研究进展硕果累累

一、中科院物理研发纳米硅负极材料

硅被用于电脑芯片和许多其他产品，因具有十倍于石墨负极的储锂容量，被认为是下一代锂离子电池的理想负极。然而，硅负极在锂化/去锂化过程中涉及巨大的体积变化，导致其循环稳定性较差，并且太弱而无法承受电极制造的压力，制约了硅基负极的实际应用。

80岁的中国工程院院士陈立泉是中国锂电产业的奠基人，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突破，并在2017年进行了量产。

据介绍，中科院物理所从1996年就开始研究纳米硅，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。同时，李泓教授研发的新型固态电池，采用这款电池的无人机，续航增加20%，奥秘都在这块电池的固态化正极材料上。

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。在今年5月份，这类固态电池已经开始在消费类电子产品中使用。

二、银隆研究院研发钛酸锂电池

广东珠海的银隆新能源储能系统研究院也在探索新能源电池的技术、新材料，钛酸锂电池就是其研发的一个重要项目。

电动汽车对于动力电池的要求基本是能量密度和功率密度要高、成本要低、充电速度要快、寿命长、安全可靠等。电池又包括正极材料、负极材料、电解质、隔膜这四大关键材料，每个材料的创新应用，可能都会给电池性能带来提升。钛酸锂是负极材料的派生系，即负极用钛酸锂取代原来的碳材料。而用钛酸锂代替碳材料之后，最大的好处就是可快速充电，寿命长，不怕高温和低温。

与碳负极材料相比，钛酸锂材料被称为“零应变材料”，其稳定性高，具有更高的嵌锂电位（1.55V），从根本上消除了金属锂枝晶的产生，降低了电池发生内部短路的风险。此外，钛酸锂与电解液之间的反应活性较低，几乎不生成SEI膜，因而具有很好的循环稳定性和安全性。

搭载钛酸锂电池的公交车充电三分钟，电量就从33%充到60%以上，仅仅8分钟，公交车就已充满了，电量显示99%。

而且公交车线路固定，一般一个来回的公里数不会超过100公里，利用公交车司机休息的空挡，就可以充分发挥钛酸锂电池充电快的优势。而且工作温度宽泛，在零下50℃的环境中，仍能正常充放电。同时，该电池的循环放电寿命长，这家研究院，有一块钛酸锂电池，在2014年开始就已进行充放电循环试验，如今已过了六年时间，充放电超过3万次，电池容量只衰减了不到10%，性能十分优异。

更值得关注的是，这款电池的热失控保护性能更令人惊叹，技术人员现场演示了钛酸锂电池跌落、针刺、切割试验。特别是钢针刺穿电池后，没有发生燃烧、冒烟现象，而且电池还能正常使用。

不过，钛酸锂电池虽然具有这么多优点，但是能量密度不够高，目前磷酸铁锂电池系统能量密度已经达到160wh/kg，而钛酸锂电池仅约50wh/kg，差了3倍不止。因此，他们把电池的目标市场分，放在了公交车、专用车，以及储能电站等对能量密度要求不高的应用场景中。

三、中科海钠研发新型钠离子电池

中科海钠团队成员来自被称为“电池研发国家队”的中科院物理所二次电池研发团队，其开发的钠离子电池产品在性能上对标锂电池，包括使用寿命相当，快充快放，且能量密度可达 140Wh/kg。而在成本上则明显优于锂电池，甚至可以比肩在市场上处于低端的铅酸电池。该电池负极材料以煤作为原料，正极以廉价金属氧化物为原料，成本优势明显。
今年，中科海钠的钠离子电池产品已经实现量产，是全球首款具备自主知识产权的产品化钠离子电池。该公司数据显示，目前电芯产能可达 30 万只/月，而且已经获得了来自印度市场的订单。

在上世纪 70 年代，钠离子电池和锂离子电池都是电池领域科学家研究的重点方向。让两者真正分野的索尼在 90 年代成功将锂电池商用化，在消费电子领域大面积铺开了锂离子电池。商用化的顺利进行反向抑制了钠离子电池技术路线的发展。此后，虽然应用前景广大，钠离子电池的研究却一直没有取得决定性的突破。

钠离子电池再次进入主流科学家的视野是在最近十余年。在全球拥抱锂电池之后，科学家通过计算认为，如果说地球上的内燃动力都换成电池动力，锂电池是不够的，主要原因是锂元素本身不足。

中科海钠 CEO 唐堃表示，地球上的锂大概有不到 7000 万吨，而钠的存量大概比锂大三个数量级，在整个地球的元素丰度中占 2.3%，可谓取之不尽用之不竭。在“前瞻性”思维的推动下，钠离子电池路线重新获得了研究者的关注。且钠离子原理跟锂电池完全一样，工艺也基本一样，只是金属元素性质上存在一些差别，因此钠离子电池成为一个顺理成章的替代选择。

总结

经过多年的发展，中国锂电产业链快速崛起，在锂电池的研发方面投入不断加大，攻克众多电极材料难题，为加速推动新能源的普及与应用提供了道路方向。发展便捷高效的新型储能技术具有重要意义，凭借一线科学研究者的努力，加上国家政策的扶持，中国锂电未来会有更多成绩，为解决储能问题提供有力探索。

本文由电子发烧友综合报道，内容参考自中科海钠、CnBeta，转载请注明以上来源。