中國粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池現(xiàn)已全面滲入人類生活的方方面面，過去十幾年，中國鋰離子電池產(chǎn)業(yè)也發(fā)生了巨大變化，形成了上中下游比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈，生產(chǎn)出了與電動汽車發(fā)展進程相匹配的鋰離子動力電池，積極推動了新能源汽車的發(fā)展。
但自電動汽車推廣以來，鋰離子電池燃燒爆炸的新聞一直未曾間斷，鋰離子電池的安全性引起了廣泛關(guān)注。導(dǎo)致燃燒爆炸的主要原因，在于鋰離子電池電解質(zhì)是可燃的有機溶液，因此，固態(tài)鋰電池有望成為解決動力鋰電池安全問題的終極方案。
作為中國鋰離子電池研究與產(chǎn)業(yè)化的主要開拓者，中國工程院院士陳立泉近些年圍繞固態(tài)鋰電池，發(fā)表了許多富有前瞻意義的戰(zhàn)略思考。中國粉體網(wǎng)小編特做如下梳理。
（圖片來源：Engineering）
發(fā)展固態(tài)電池，刻不容緩
2014年，面對世界各國都在大力研發(fā)固態(tài)電池的背景，陳立泉院士提出，為了實現(xiàn)中國鋰電池產(chǎn)業(yè)由并跑到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變，必須大力研究和開發(fā)固態(tài)電池，要從材料研究、生產(chǎn)到應(yīng)用，再到電芯設(shè)計、制造以及設(shè)備全產(chǎn)業(yè)鏈數(shù)字化，縮短研發(fā)周期，以爭奪領(lǐng)先地位。
固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵是開發(fā)一種適用的固態(tài)電解質(zhì)材料，它必須至少滿足兩個條件：首先，要有較高的室溫離子電導(dǎo)率（~10-3S/cm）；其次，與正、負極要形成穩(wěn)定的界面。
固體電解質(zhì)材料目前有兩大類：一類是無機材料，另一類是聚合物。這兩類可用的材料都不是很多，室溫離子電導(dǎo)率較高的無機或有機固體電解質(zhì)材料都僅有5~6種，但是任何一種都不能完全滿足需要。
陳院士指出，尋找新的固體電解質(zhì)材料和正極材料對于我們爭奪戰(zhàn)略制高點是十分重要的，并提出通過“材料基因組工程”來加快這一進程。
“中國版材料基因組計劃”
材料是制造業(yè)的基礎(chǔ)，材料創(chuàng)新往往處在顛覆性技術(shù)革命的核心。我國在新材料領(lǐng)域的核心競爭力不足，關(guān)鍵材料自給率令人擔(dān)憂。另外，依賴科學(xué)直覺與試錯的傳統(tǒng)材料研究方法，新材料從發(fā)現(xiàn)到市場應(yīng)用的進程需要很長時間。在此背景下，陳院士指出，我們必須毫不猶豫地將“中國版材料基因組計劃”作為一項國家戰(zhàn)略啟動實施。
材料基因組計劃的根本目的是引領(lǐng)并推廣材料科學(xué)研究的新范式和新文化。通過前期材料模擬計算預(yù)測材料性質(zhì)、性能，完成材料設(shè)計，再輔以數(shù)量有限的關(guān)鍵驗證實驗來完成材料的研發(fā)。
這首先需要建立一批具有計算工具、實驗工具和數(shù)據(jù)管理能力的材料基因研究中心，形成新材料創(chuàng)新的基礎(chǔ)設(shè)施；與此同時，可以選擇幾種目前我國亟需的關(guān)鍵材料進行材料基因組技術(shù)攻關(guān)研究示范，包括能源材料、復(fù)合材料、低維電子材料、無機功能材料、高溫合金等。
應(yīng)立即加強基礎(chǔ)研究
面對鋰電池產(chǎn)業(yè)激烈的國際競爭形勢，中國如何應(yīng)對？陳院士指出，只有一條：應(yīng)立即加強基礎(chǔ)研究！無論是從國家層面，還是從企業(yè)層面，首先應(yīng)統(tǒng)一認識，然后加大資金投入。
一方面，為了使可充電池的能量密度高于300Wh/kg，必須研究新的化學(xué)體系。新體系是什么？日本人提出的500Wh/kg，甚至更高，是采用什么化學(xué)體系？等我們知道了這個體系，他們的專利可能早就已經(jīng)申請了，屆時我們要用他們的成果，就必須花高價購買知識產(chǎn)權(quán)。陳院士告誡說，我們與其幾年后花“大價錢”受制于人，不如現(xiàn)在就花“小錢”加大基礎(chǔ)研究的力度，獲得自主知識產(chǎn)權(quán)的成果。
另一方面，鋰/硫電池、鋰/空氣電池，這兩種很有前途的高能量密度鋰電池都必須采用固體電解質(zhì)。因此，提前布局全固態(tài)電池不僅是中期考慮，也是為更長期考慮。由于納米結(jié)構(gòu)電極、新電解質(zhì)材料、鋰表面處理技術(shù)的發(fā)展，鋰/硫電池和鋰/空氣電池性能方面取得了顯著進步，特別是鋰/硫電池的應(yīng)用前景開始更加明朗。而未來能量密度超過500（W·h）/kg的鋰/空氣電池能使電動汽車的行駛里程與內(nèi)燃機汽車相當(dāng)，有望成為電動汽車的終極電池。
在陳院士看來，在新一輪的國際競爭中，只要政策適當(dāng)，只要加大對基礎(chǔ)研究的支持，信任和依靠我國所培養(yǎng)的一批極具創(chuàng)新能力的青年才俊，就一定能取勝。
參考來源：
陳立泉：鋰離子電池改變世界——2019年諾貝爾化學(xué)獎成果簡析；科技導(dǎo)報 2019
陳立泉院士：未來一定是固態(tài)電池的天下；中國粉體網(wǎng) 2019
中國鋰電研究第一人——陳立泉院士；中國粉體網(wǎng) 2018
陳立泉：鋰電池如何開動電動汽車走出國門；科技導(dǎo)報 2016
陳立泉：四十年固態(tài)鋰電池——回顧與展望；儲能科學(xué)與技術(shù) 2016
陳立泉：材料基因組計劃與先進材料；Engineering 2015
陳立泉：鋰離子電池：從基礎(chǔ)研究到產(chǎn)業(yè)；新材料產(chǎn)業(yè) 2009
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