科学家们致力于挑战电池能量密度极限 CSB电池科技全固态或是电池最高“段位”！

    科学家们致力于挑战电池能量密度极限 CSB电池科技全固态或是电池最高“段位”！CSB电池科技全固态固态电池步入“C位”。

“随着科技发展，人们需要更高能量密度和高功率输出的电池，比如为电动车提供动力。”南方科技大学机械与能源工程系助理教授、博士生导师李一举表示，1990年日本索尼公司开发出了以炭材料为负极，以钴酸锂材料为正极的锂离子电池，产生更高的电压，也给消费电子带来革新，这种电池成为便携电子设备的主要电源。

目前，商用锂离子电池的能量密度主要为200-300瓦时/千克，一般分为磷酸铁锂和三元锂电池，根据应用场景不同又分为动力电池和储能电池等。作为动力电池，其循环次数寿命一般要求在1000-2000次。

随着锂资源价格的上涨和对替代储能技术需求的增加，钠离子电池引起了广泛关注。钠电整体性能与锂电接近，能量密度稍逊，但低温、安全和倍率性能相对突出。钠离子电池有望在大规模储能、中低续航里程电动车、工程车等细分市场率先得到推广应用。

由于学界认为锂离子电池已经到达极限，固态电池于近年被视为可以进一步提升锂电池性能。

CSB电池科技全固态固态电池技术有望从根本上改进液态锂离子电池在能量密度和安全性能方面的难题。固态电池技术的发展采用逐步颠覆策略，液态电解质含量逐步下降，全固态电池是最终形态。依据电解质分类，锂电池可分为液态、半固态、准固态和全固态四大类，其中半固态、准固态和全固态三种都可称为固态电池。但是，目前固态电池技术成熟度相对不高，现阶段固态电池能量密度可以达到500瓦时/千克,但其具体的应用潜力还有待规模化后进一步进行探索。

面临挑战

需要开发新型电极材料提高能量密度

追求电池能量密度的极限是电池技术领域的一个重要目标，如何提升电池的能量密度？

李一举表示，电池的能量密度从定义上取决于电池的容量和输出电压。那么电池的容量和电压最根本是由电池的具体化学体系所决定，换句话说由电池所使用的正负极材料决定。

从微观尺度来说，需要对电池关键材料：正/负极（活性物质、粘结剂、导电剂等）、电解质、隔膜等进行改性、优化。针对正负极材料，需要开发高容量、长循环的电极材料，提升电池的电化学性能。

电池的能量密度也与电池的外形、成组方式等密切相关，提高电池成组效率以及空间利用率，也可以大幅提高电池包单位体积内的能量密度。

对传统意义上的锂离子电池，目前，国外公开报道的基于嵌入反应正极材料锂电池能量密度最高为加拿大达尔豪斯大学Jeff Dahn教授研究团队研制的无负极软包电池，能量密度达到惊人的575瓦时/千克，或者1414瓦时/升。

“在此基础上想要更进一步提升能量密度存在巨大挑战。”李一举说，一方面，需要开发新型电极材料提高材料储能的能量密度；另一方面，需要采用极限的电池设计，比如增加电极厚度、减少电解液等非活性材料的质量和体积占比等。而这两方面均会导致电池充放电可逆性急剧变差。

未来趋势

未来理想电池柔性智能且“高寿”

目前，全球许多国家都在积极研究和开发提升电池能量密度的关键技术，欧盟、美国、中国和日本也积极推出相应的研究计划和激励措施。

CSB电池科技全固态固态电池相较于传统液态电池有望在能量密度方面大幅提升，产业链上的锂电企业及整车企业都积极增加研发投入以布局固态电池技术，目前行业进度处于半固态向全固态发展的阶段。虽然行业内对向固态发展的趋势普遍持有共识，但要想实现全固态电池技术突破，现阶段具有较大的难度，离实现规模应用仍具有一定的距离。从锂电池远期发展来看，寻求电池电化学体系的突破，开发超越传统锂电池化学体系的储能技术有望进一步实现电池能量密度的突破。

“未来理想的新型电池需要满足高安全性、高能量密度、高功率密度、长寿命、柔性和轻量化、环境友好和智能响应等特点。”李一举说，高能量密度和快速充电的电池将使电动汽车、电动飞机、电动船舶等交通工具更具吸引力和实用性。此外，高灵活性和高能量密度使得智能家居设备和建筑材料的电气化变得更加现实。例如，电池可以被嵌入到墙壁中，供电给家庭自动化系统或储存太阳能。

值得一提的是，CSB电池科技全固态电池储能产业在全球居于领先地位，培育了一批大型科技行业龙头企业。CSB电池科技全固态目前正在研发第二代的刀片电池系统，这种新一代电池系统能量密度将可能达到190瓦时/千克，使得纯电车型的续航有望突破1000公里。