高比能锂电池需要一颗“安全芯”

南策文

目前，动力电池有非常清晰的目标路线图，在电池的研制中，材料占有重要地位，在某些技术方面甚至是第一位的。

锂离子电池是复杂的复合材料体系，包括多项正极材料、多项负极材料、电解液、隔膜、铜箔、铝箔等。

提高锂电池效能要从成本上降低，不是从单纯的增加电池。要通过内部多种材料协同配合才能运作，才能把电池的能量、功率、安全性、寿命、成本等做到最优。

理论上讲，正、负极决定了电池可以做到多高的密度。我们以传统的电池为例，实际上在材料选定以后，成熟度就会初步形成，变成能量增长。目前来说，能量的增长还是挺快的，每年增长3%左右。

我们现在用陶瓷隔膜来提高电池的安全性，将陶瓷隔膜纳米颗粒涂在隔膜上，可以增加安全性。但这个工艺技术也有缺口，想把这个做好很有难度。

怎样做更安全的电池产品呢？我讲三步策略。第一步是陶瓷隔膜技术。我们用纳米纤维隔膜，它的结构和蜘蛛网类似，颠覆力很强，耐热性能有非常大的改变，效果非常好。当然，还有涂层隔膜。

第二步是提高锂离子的传导活性。我们想在隔膜上补一种东西，既可以保证安全性，又可以使传輸更有效。在使用纳米陶瓷隔膜的过程中，在保证安全性的前提下，性能的提升非常明显。同时，要提高高温性，减少倍率应用。

第三步，固态锂电池。在电解液和隔膜中，固体电解质第一个作用是快速传导，第二个作用是断隔作用。

怎么提高锂离子传导性，让锂离子在电解液中跑得更快？我们有必要了解一下聚合物电解质和无机固态电解质。它们两个都有优缺点，我们要挑选各自的优点，规避缺点。

近几年，我们用新兴材料来进一步提高传导性。尤其是最近做的一个PVDF膜材，它的温度会更高一些，力学性能更好一些，耐高压也比较好。

我们还做了一些固态软极电芯产品和聚合物复合膜，通过技术改进，在室温下状态还是比较稳定的。我们就是想提高比能量，电压不发生短路，经过两次穿刺后，其充放电曲线依然正常，气容量挥发率约80%，保护率也比较高。

再说一下电池短路测试。电池充电后，电流量很大，但是不会冒烟，不会起火，也不会爆炸，依旧可以保持电容量。所以经过一系列测试后发现固态锂电池可以解决安全问题。

固态锂电池可以做到更高的比能量，能量可以做到300Wh/kg，甚至还可以做到400Wh/kg，当然还可以超过431Wh/kg。另外，还有柔性固态电芯，无论是卷曲还是对折，比能量没有降低，都不会出现问题。