电动汽车的“发动机”:如何攻关动力电池正负极难题?

出品:“科学与中国”院士专家巡讲团

制作:中国科普博览

监制:中国科学院部工作局中国科学院计算机网络信息中心

近中期,我们涉及到的动力电池正极材料包括NCM、NCA和富锂锰基,负极材料包括石墨与硅,NCM、NCA与石墨相对而言应用较为成熟,因此需要重点攻关的材料为富锂锰基和硅基负极,同时,富锂锰基的充电电压较高,这就涉及到高抗氧化性电解液的开发问题。

富锂锰基正极存在的问题是首周销率低,长期循环稳定性不能达到要求;它的充电电压达到4.8伏特,现在的电解液无法满足此条件,需要开发新的电解液。

硅基负极是一种合金化的负极,它的理论容量可以达到4212毫安时每克,但是它在处理过程中伴随着巨大的体积膨胀,这会带来两个问题,其一是粉化,导致容量快速衰减,其二是由于硅的体积变化,在它的锂化过程中SEI膜反复破坏与形成,会导致低库伦效率。由此可见,稳定SEI膜以提高充放电效率,对于推进硅基负极的应用尤为重要。

从远期来讲,新体系电池(锂、硫电池)存在着一些问题:金属锂电极在长期循环过程中的枝晶生长问题,以及由此带来的安全性问题;硫电极反应过程中中间产物溶解流失导致的循环稳定性问题。

因此,个人认为,目前抑制硫溶解流失的技术方案很难发展出满足长期循环使用要求的硫电极,这需要我们探索不涉及硫中间产物溶解流失的反应新机制,如S/C固固反应机制;同时应该采用储锂负极代替金属锂负极,发展基于硫电极的锂离子电池,这就需要我们开发负极的锂化技术。

“科学与中国”院士专家巡讲活动是中国科学院学部发起,由中科院、中宣部、教育部、科技部、工程院、中国科协共同主办的高层次公益性科普活动。精彩内容关注“科学与中国”官方网站(cs.kepu.cn)。中国科学院学部工作局为网站委托单位,中国科普博览为网络传播合作伙伴,中国科学院计算机网络信息中心提供技术支持。