新型双离子电池项目进入中试阶段

全球新能源汽车产业迅猛发展，我国双碳战略相关产业在动力、储能等领域对锂离子电池的需求与日俱增。然而，全球锂资源储量有限（0.0065%），且分布不均，难以同时支撑电动汽车和规模化储能两大产业的快速发展。我国锂储量仅占全球的6%左右，锂资源供给安全不容忽视，尤其锂原材料价格暴涨，亟须发展新型高效低成本储能体系及关键材料。
 
唐永炳团队经过多年努力，在新型储能体系反应机理及关键材料研究方面取得了系统性创新成果，开发出具有完全自主知识产权的铝—石墨双离子电池技术，可研制全新、高效、低成本储能电池。
 
这种新型电池对传统锂离子电池的正负极进行了调整，用廉价且易得的石墨替代传统锂离子电池正极材料（钴酸锂、锰酸锂、三元或磷酸铁锂等），采用铝基负极作为电池负极材料，电解液由高浓度锂盐和碳酸酯类有机溶剂组成。该电池工作原理有别于传统锂离子电池：充电过程中，正极石墨发生阴离子插层反应，而铝负极发生铝—锂合金化反应，放电过程则相反。不仅显著提高了电池的工作电压（4.2V），同时大幅降低电池的质量、体积及制造成本，全面提升了全电池的能量密度。
 
唐永炳说：“我们将新型双离子反应机理拓展到了钠、钾、钙等新型储能体系，突破了非锂电池体系缺乏合适电极材料的瓶颈，并在国际上首次实现了钙离子电池的室温可逆长循环性能。这为新型储能电池技术研究提供了理论支撑与实验基础，有力促进了高效低成本储能技术的发展。这种双离子电池技术具有高功率、高比能、低成本等优势，在规模化储能领域将具有广阔的应用前景。”
 
新型双离子电池技术及关键材料的基础及应用研究成果在《自然·化学》《先进材料》等期刊发表高水平SCI论文90余篇，获授权专利80余项。关于新型铝—石墨双离子电池的研究论文（AdvancedEnergyMaterials2016，6，1502588）为《先进能源材料》创刊以来全年全文下载量第3名。该团队所发表的双离子电池论文中，有4篇代表性论文入选全球双离子电池引用Top10论文（排名分别为第1、2、4、8）。目前，全球已有52个国家、超过1100个科研团队、78所世界100强大学，对该新型双离子电池技术进行了引用，并开展后续研究工作。国际储能材料及电化学著名学者、美国得克萨斯大学奥斯汀分校曼海姆教授在国际权威期刊《化学》（2018，4，1200—1202）上对钙基双离子电池进行了专题评述，认为该工作为电池学界发展新型电池化学或结构方面带来了“新视角”，突破了传统思维，为高效低成本电池体系提供更广阔的活性电极材料选择。
 
在新型双离子电池技术研发过程中，曾获得国家自然科学基金委、香港研究资助局等机构的项目资助。唐永炳介绍，下一步在储能电池机理及关键材料的研究基础上，将通过产学研合作开展新型双离子电池关键技术攻关。目前，循环性能、安全性等技术指标均达到实用要求，处于中试工艺优化阶段，预计两年内实现规模化量产及市场应用。