動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車(chē)驅(qū)動(dòng)能量的來(lái)源，直接關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)航里程、安全性等問(wèn)題，是發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)所需關(guān)注的核心部件之一。在1991年由日本索尼公司將其商業(yè)化之后，鋰電池憑借其性能優(yōu)勢(shì)迅速在消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車(chē)、國(guó)防等領(lǐng)域得到應(yīng)用。鋰電池領(lǐng)域的巨大發(fā)展前景吸引了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。美國(guó)、日本、歐洲以及中國(guó)等分別在鋰電池領(lǐng)域布局了相關(guān)研發(fā)計(jì)劃及項(xiàng)目，旨在發(fā)展鋰電池，占領(lǐng)鋰電池技術(shù)制高點(diǎn)，發(fā)展更高性能的鋰電池就成為了行業(yè)不斷追求的目標(biāo)。

自1991年動(dòng)力電池商業(yè)化開(kāi)始，經(jīng)過(guò) 20 多年的努力，目前高能量密度鋰電池的能量密度從 90 Wh/kg 提高至 250 Wh/kg，電池能量密度每年提升 7% 左右。2015 年，中國(guó)政府在《中國(guó)制造 2025》中，將“節(jié)能與新能源汽車(chē)”作為重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，建議加速開(kāi)發(fā)下一代鋰離子動(dòng)力電池和新體系動(dòng)力電池，并提出了動(dòng)力電池單體能量密度中期達(dá) 300 Wh/kg，遠(yuǎn)期達(dá) 400 Wh/kg 的目標(biāo)。

為了發(fā)展純電動(dòng)汽車(chē)，期望電池能量密度最終達(dá)到 500 Wh/kg 以上。按照過(guò)去電池能量密度平均每年提升約7%的速度，2060 年左右才能達(dá)到此目標(biāo)，顯然需要加快研發(fā)新的變革性?xún)?chǔ)能技術(shù)。通過(guò)理論計(jì)算，存在著一些化學(xué)儲(chǔ)能體系，其理論能量密度將遠(yuǎn)高于現(xiàn)有成熟體系，如鋰硫電池與鋰空氣電池。這兩種電池體系都已經(jīng)歷了較長(zhǎng)的研究歷史，但是循環(huán)性較差的問(wèn)題一直比較突出。雖然通過(guò)電極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電解液材料的發(fā)展等，電池性能方面已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，然而和鋰電池從材料到電芯的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)成熟度相比，這兩種新電池體系離商業(yè)化應(yīng)用還存在較大的距離，需要長(zhǎng)期的研發(fā)，這也是未來(lái)儲(chǔ)能電池研究競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。

安全性是電池使用過(guò)程最重要也是最被關(guān)心的問(wèn)題，當(dāng)前市場(chǎng)上的高質(zhì)量手機(jī)電池的安全問(wèn)題基本得到了保障，然而汽車(chē)動(dòng)力電池是將多個(gè)單體電池組合后使用，像如特斯拉電動(dòng)車(chē)的電池?cái)?shù)為7 000 節(jié)以上，其安全系數(shù)也將相應(yīng)下降，動(dòng)力電池一旦出現(xiàn)熱失控，造成的破壞力巨大，這已經(jīng)有多起慘痛的教訓(xùn)。發(fā)展極高安全性的動(dòng)力鋰電池是動(dòng)力電池大規(guī)模應(yīng)用的先決條件。中科院研究員李泓認(rèn)為，含液體電解質(zhì)的鋰電池中放熱反應(yīng)涉及電解液在正極的氧化反應(yīng)、在負(fù)極的還原反應(yīng)、正極與負(fù)極的熱分解、電解液熱分解、內(nèi)部微短路以及鋰析出導(dǎo)致的化學(xué)反應(yīng)等。對(duì)于不同材料體系，這些反應(yīng)的發(fā)生條件、放熱量、放熱速率也不一樣，同時(shí)還與非活性材料的散熱能力、穩(wěn)定性有關(guān)。電池安全性可以通過(guò)智能電源管理與保護(hù)電路來(lái)提高，但由于導(dǎo)致安全性的因素來(lái)自電芯內(nèi)部，因此從材料特別是電解質(zhì)入手是根本的解決之道。

“長(zhǎng)續(xù)航動(dòng)力鋰電池”項(xiàng)目依托于中科院“變革性納米產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)聚焦”戰(zhàn)略性納米先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)。旨在研發(fā)高能量密度、高安全性鋰電池以提高電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程，為下一代金屬鋰電池提供技術(shù)突破。在此基礎(chǔ)上，項(xiàng)目組還布局針對(duì) 2020 年應(yīng)用需求的下一代高能量密度高安全性金屬鋰電池，此類(lèi)電池的共同特點(diǎn)在于采用能量密度更高的金屬鋰作為負(fù)極，分別設(shè)置了鋰硫電池、鋰空氣電池及固態(tài)電池等研究?jī)?nèi)容，有望將電池模塊能量密度提升至 300 Wh/kg，兼具高安全性、長(zhǎng)壽命、低自放電特性。此外，針對(duì)鋰電池在使用過(guò)程中的劣化失效問(wèn)題，建設(shè)面向用戶(hù)的惰性氣氛互聯(lián)互通分析測(cè)試平臺(tái)和真空互聯(lián)平臺(tái)，以滿(mǎn)足動(dòng)力電池研發(fā)、制造、服役過(guò)程中的原位、非原位全分析，提供高效與失效診斷分析。

研發(fā)高能量密度動(dòng)力電池，保證電池安全性，提高電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航里程在未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)將是行業(yè)研究的熱點(diǎn)。目前國(guó)家已經(jīng)頒布了“十三五”規(guī)劃指南，部署了一系列鋰電池相關(guān)的科研項(xiàng)目，這對(duì)于科研工作人員來(lái)說(shuō)無(wú)疑帶來(lái)了莫大的機(jī)遇，對(duì)于鋰電技術(shù)的發(fā)展圖景，讓我們拭目以待。