中國科學院院士孫世剛：材料/界面/傳輸/系統創新應對鋰電池四大挑戰
“下一代鋰電池主要性能指標包括：高能量密度、高功率密度、高安全性、長壽命、極端環境適應性和低成本，使鋰電池產業面臨四大挑戰，需解決材料、界面、傳輸、系統四個層次的關鍵科學問題。”
【電池中國 11月10日 遂寧訊】由中國有色金屬工業協會、中國化學與物理電源行業協會、電池中國網聯合四川省經濟和信息化廳、四川省經濟合作局、遂寧市人民政府共同舉辦的“2022中國(遂寧)國際鋰電產業大會暨新能源汽車及動力電池國際交流會”11月9-10日在遂寧召開。
中國科學院院士孫世剛在11月9日上午的主論壇上，就“新能源汽車動力電池發展與挑戰”作主旨發言。
在“雙碳”目標疊加能源轉型升級背景下，近年來，全球新能源車及儲能領域呈現跨越式發展，孫世剛院士表示，“隨著新能源車和儲能產業進一步快速增長，對動力和儲能電池性能提出越來越高的要求和新的挑戰。”
“下一代鋰電池主要性能指標包括：高能量密度、高功率密度、高安全性、長壽命、極端環境適應性和低成本。”孫世剛院士指出，為了不斷優化主要性能指標，鋰電池產業面臨四個重大挑戰：
一是鋰資源嚴重受限制。
一方面，我國鋰資源需求量高，另一方面，我國鋰資源以鹽湖為主，鋰含量低，鎂鋰比高，提取難度大，70%的鋰依賴進口，亟需發展新的材料體系。
二是鋰電池能量密度接近理論極限。
為提高防御半徑，魚雷、無人機等武器裝備的航速和航程亟待提升，需要大幅度提高電池的能量和功率密度，但是鋰電池能量密度的理論極限遠不能滿足發展重大需求。
三是鋰電池發生安全性能事故。
過充、析鋰等情況引發的鋰電池熱失控問題，仍是產業發展難點、痛點。
四是極端環境中鋰電池應用受限。
低溫環境往往造成電解液黏度增大，離子遷移慢，充放電能量急劇衰減;高溫環境下正負極界面膜不穩定，導致材料結構破壞，產氣易爆。因此，在無人機、航天空間站、深潛器等應用場景需要鋰電池具備更寬的溫度適應性能。
應對上述挑戰，孫世剛院士指出，“需解決材料、界面、傳輸、系統四個層次的關鍵科學問題。”其中，“提升鋰電池能量密度，可以從高容量、低電壓負極和高容量、高電壓正極著手。”
在提升鋰電池安全性能方面，孫世剛院士分享了強化鋰電池“三傳”過程的研究進展。“強化鋰離子傳輸通道，維持材料微觀尺度下的結構穩定;強化電子傳輸通道，維持電極和電池的導電網絡;強化電池熱傳出，抑制電池熱失控，提高電池安全性能。”
面向下一代電池路線，孫世剛院士還介紹了鋰-硫電池、鋰-空氣電池、鈉電池、有機電池的優缺點和發展瓶頸。
其中，對于目前有望產業規模化的鈉電池，孫世剛院士指出，儲鈉新材料、新型電解液、新體系等亟待突破。
而作為新能源汽車用的另一種電池，氫燃料電池在我國也獲得顯著發展，但氫燃料電池鉑基催化劑被少數幾家國際公司壟斷。孫世剛院士強調，“要適應我國氫燃料電池汽車工業的快速發展，研發催化活性和穩定性更高的催化劑并實現商品化應用是關鍵!”
在相關催化劑研究中，“構筑分子選擇性通道，開辟抗CO毒化催化劑設計制備是一個新的研究方向。”孫世剛院士還分享了催化劑的其他研究進展。
最后，孫世剛院士表示，無論是動力/儲能鋰電池，還是氫燃料電池，都面臨不斷提升能量密度、功率密度、安全性、使用壽命、極端環境適應性和降低低成本的重大需求和挑戰，亟需產學研協同攻關，解決關鍵科學問題、突破技術瓶頸。
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