中國學者世界首創新型雙離子電池技術

電動汽車電池性能對比

中國經濟網北京3月28日訊（記者佘惠敏）記者從中國科學院獲悉，中國科學院深圳先進技術研究院唐永炳研究員及其研究團隊的最新成果新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池技術，近日在國際能源材料頂級期刊《先進能源材料》上發表后，上周又受到德國科學網“Wissenschaft aktuell”邀請報道，廣受業界好評。該技術若實現產業化，將對現有鋰電產業格局產生重大影響。

低成本、高效的全新電池技術

“該發現讓人驚奇，是從未報道過的新電池技術”，編輯在通知研究成果被期刊錄用時，將匿名審稿人的評價這樣傳遞給唐永炳。

目前攜帶型電子設備、電動汽車、可再生能源系統等領域的主要能源轉換和存儲設備都是鋰離子電池，但是商用鋰離子電池的能量密度低、製造成本較高，且傳統鋰離子電池的電極材料含有毒金屬，電池廢棄會造成嚴重的環境問題。特別是當前新能源汽車用的動力電池行業需求火爆，但目前動力電池技術仍是攔在新能源汽車發展前的一條溝壑。不論鋰離子電池組驅動的電動汽車，還是燃料電池驅動的電動汽車，都存在成本和續航里程的挑戰。

而唐永炳團隊發現的新型高能量密度鋁—石墨雙離子電池，是一種全新的高效、低成本儲能電池。

這種新型電池把傳統鋰離子電池的正負極進行了調整，用廉價且易得的石墨替代目前已批量應用於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；採用鋁箔同時作為電池負極材料和負極集流體；電解液由常規鋰鹽和碳酸酯類有機溶劑組成。該電池工作原理有別於傳統鋰離子電池：充電過程中，正極石墨發生陰離子插層反應，而鋁負極發生鋁-鋰合金化反應，放電過程則相反。這種新型反應機理不僅顯著提高了電池的工作電壓（3.8-4.6V），同時大幅降低電池的質量、體積、及製造成本，從而全面提升了全電池的能量密度（~220 Wh/kg）。

這種技術如實現產業化，未來的手機可能會比現在再輕薄一半，同時我們的智能手機再也不需要一天一充電了，更是解決了電動汽車電池成本高昂以及續航里程短的關鍵問題。不過，目前該電池技術還有待優化，比如需要進一步提高電池的循環穩定性等。

將改變現有鋰電產業格局

近年來，新能源汽車在政策的支持下風靡全球，行業上游也在諸多利好下迎來爆發。全球產量居前的龍頭電池廠紛紛在華設廠。雖然新能源汽車市場的持續繁榮帶動了電池產業，但不論是純電動的動力電池，還是以氫為燃料的燃料電池，目前在技術上仍存在成本和續航里程挑戰。目前全球對鋰電的需求以每年7.7%的速度增長，其市場到2019年將達到1200億美元（據美國弗里多尼亞集團市場調查）。

根據機動車整車出廠合格證統計，2015年12月，我國新能源汽車生產9.98萬輛，同比增長3倍。工信部部長苗圩在今年兩會上提出，新能源車從2009年的培育期，到現在開始進入成長期。2015年產銷30多萬輛，比上年呈現高速增長的趨勢。

苗圩認為目前新能源汽車發展遇到兩個瓶頸。一是產品端，要集中攻克以動力電池為代表的產品性能、可靠性、續航里程、壽命等難題；二是以應用端為代表的充電設施建設，需要完善。苗圩表示，工信部對兩個方面都已經做了一些安排，地方政府也有積極作為，可以保證新能源汽車有進一步發展。

目前，政府對於新能源汽車的支持主要集中在市場銷售的後端，在研發設計的前端投入比較少，這種“不平衡”會造成非常大的滯後效應，這也是當前電池技術發展跟不上市場銷量增長的主要內因。該新型電池技術如實現產業化，有望改變現有鋰電產業格局。

初步估算，500 Kg重量的鋁-石墨電池的續航里程可達到約550公里。與傳統的鋰電技術相比，這種電池具有明顯的優勢，不僅生產成本降低約40%-50%，同時能量密度提高至少1.3-2.0倍。

本文來源： 中國經濟網