中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院唐永炳研究員及其研究團(tuán)隊(duì)的最新成果新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池技術(shù)，近日在國(guó)際能源材料頂級(jí)期刊《先進(jìn)能源材料》上發(fā)表后，又受到德國(guó)科學(xué)網(wǎng)“Wissenschaft aktuell”邀請(qǐng)報(bào)道，廣受業(yè)界關(guān)注。該技術(shù)若實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將對(duì)現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生重大影響。

續(xù)航里程可達(dá)550公里 雙離子電池帶來(lái)變革

近年來(lái)，新能源汽車(chē)在政策的支持下風(fēng)靡全球，行業(yè)上游也在諸多利好下迎來(lái)爆發(fā)。全球產(chǎn)量居前的龍頭電池廠紛紛在華設(shè)廠。商用鋰離子電池的能量密度低、制造成本較高，且傳統(tǒng)鋰離子電池的電極材料含有毒金屬，電池廢棄會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。雖然新能源汽車(chē)市場(chǎng)的持續(xù)繁榮帶動(dòng)了電池產(chǎn)業(yè)，但不論鋰離子電池組驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)，還是燃料電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車(chē)，都存在成本和續(xù)航里程的挑戰(zhàn)。

3月29日，中科院深圳先進(jìn)技術(shù)院唐永炳研究員從德國(guó)獲悉，他的研究團(tuán)隊(duì)的最新成果新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池技術(shù)，近日在國(guó)際能源材料頂級(jí)期刊《先進(jìn)能源材料》上發(fā)表后，又受到德國(guó)科學(xué)網(wǎng)“Wissenschaftaktuell”邀請(qǐng)報(bào)道，廣受業(yè)界關(guān)注。該技術(shù)若實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將對(duì)現(xiàn)有鋰電產(chǎn)業(yè)格局產(chǎn)生重大影響。

唐永炳團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池，是一種全新的高效、低成本儲(chǔ)能電池。這種新型AGDIB電池把傳統(tǒng)鋰離子電池的正負(fù)極進(jìn)行了調(diào)整，用廉價(jià)且易得的石墨替代目前已批量應(yīng)用于鋰離子電池的鈷酸鋰、錳酸鋰、三元或磷酸鐵鋰作為電池的正極材料;采用鋁箔同時(shí)作為電池負(fù)極材料和負(fù)極集流體;電解液由常規(guī)鋰鹽和碳酸酯類有機(jī)溶劑組成。該電池工作原理有別于傳統(tǒng)鋰離子電池：充電過(guò)程中，正極石墨發(fā)生陰離子插層反應(yīng)，而鋁負(fù)極發(fā)生鋁-鋰合金化反應(yīng)，放電過(guò)程則相反。這種新型反應(yīng)機(jī)理不僅顯著提高了電池的工作電壓(3.8-4.6V)，同時(shí)大幅降低電池的質(zhì)量、體積、及制造成本，從而全面提升了全電池的能量密度。

據(jù)初步估算，500Kg(千克)的鋁—石墨電池的續(xù)航里程可達(dá)到約550公里。與傳統(tǒng)的鋰電技術(shù)相比，這種電池具有明顯的優(yōu)勢(shì)，不僅生產(chǎn)成本降低約40%-50%，同時(shí)能量密度提高至少1.3-2.0倍。

“該發(fā)現(xiàn)讓人驚奇，是從未報(bào)道過(guò)的新電池技術(shù)”，編輯在通知研究成果被期刊錄用時(shí)，將匿名審稿人的評(píng)價(jià)這樣傳遞給唐永炳。

據(jù)估計(jì)，這種技術(shù)如實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，未來(lái)的手機(jī)可能會(huì)比現(xiàn)在再輕薄一半，同時(shí)我們的智能手機(jī)再也不需要一天一充電了，更是解決了電動(dòng)汽車(chē)電池成本高昂以及續(xù)航里程短的關(guān)鍵問(wèn)題。不過(guò)，目前該電池技術(shù)還有待優(yōu)化，比如需要進(jìn)一步提高電池的循環(huán)穩(wěn)定性等。

據(jù)介紹，該項(xiàng)成果由唐永炳研究員及其研究團(tuán)隊(duì)成員張小龍、張帆共同研發(fā)，相關(guān)論文“A Novel Aluminum–Graphite Dual-Ion Battery(一種新型鋁—石墨雙離子電池)”在線發(fā)表于能源材料頂級(jí)期刊Advanced Energy Materials上，并已申請(qǐng)2項(xiàng)PCT專利和1項(xiàng)中國(guó)發(fā)明專利。該項(xiàng)研究得到廣東省創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅今年前兩個(gè)月，國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池已經(jīng)累計(jì)有70億元的新增投資，而在去年可查的信息中，也有約超過(guò)千億元資金進(jìn)駐了這一領(lǐng)域。僅此兩項(xiàng)，就已經(jīng)有超過(guò)兩千億資金投入，“這種投資速度前所未有，目前不僅是傳統(tǒng)車(chē)企，更有大批業(yè)外資本蜂擁而入。”一位投資圈人士表示。

目前全球?qū)︿囯姵氐男枨笠悦磕?.7%的速度增長(zhǎng)，其市場(chǎng)到2019年將達(dá)到1200億美元。“十三五”期間，我國(guó)國(guó)內(nèi)動(dòng)力電池總需求在170Gwh左右;電子數(shù)碼產(chǎn)品對(duì)鋰電池的需求增速比較穩(wěn)定，預(yù)計(jì)消費(fèi)電池總需求為100Gwh左右，加上儲(chǔ)能消費(fèi)電池總需求為30Gwh左右，合計(jì)超過(guò)300Gwh。這意味著在“十三五”期間，鋰電池需求年平均增速將達(dá)到25%以上。新型雙離子電池的發(fā)現(xiàn)，為電動(dòng)汽車(chē)電池行業(yè)帶來(lái)了新的可能。