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王朝陽(yáng)院士團隊重大突破： 既安全又高比能的電池誕生

2020/2/29 13:00:29      挖貝網(wǎng)

近日，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)王朝陽(yáng)院士團隊聯(lián)合科技公司EC Power在動(dòng)力電池上取得了突破性進(jìn)展，發(fā)明了既安全又高比能的新型電池—SEB?電池，這是該團隊繼“全氣候電池”、“10分鐘充好電池”之后又一顛覆性成果。該成果在2020年2月28日發(fā)表于國際頂級期刊《Science Advances》- 《科學(xué)》子刊。

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既安全又高比能的SEB電池

常規鋰離子電池均無(wú)法同時(shí)實(shí)現高安全性和高性能。王朝陽(yáng)團隊創(chuàng )新性地提出“鈍化電池”、“加熱使用”的新理念，顛覆了業(yè)界對鋰電池高性能與安全性必須折衷的傳統做法，通過(guò)超穩定材料來(lái)制作電池再結合加熱使用，成功地制造出一種即安全又高比能（Safe，Energy-dense Battery ）的SEB電池。研究團隊將其稱(chēng)為碩安電池?，意指其大能量，又高安全。

壽命超越了特斯拉電池

該電池在針刺、高電壓沖擊、高溫儲存等極端破壞性條件下均表現出超高的安全性。SEB電池在使用前瞬間加熱到60oC，讓電池阻抗大大降低，保障高功率輸出。當60oC工作時(shí)達到輸出功率比常規電池大81%，循環(huán)次數4千多次，按每個(gè)循環(huán)的里程為400公里計算，這相當于160萬(wàn)公里。相比特斯拉電池只能在常溫下達到160萬(wàn)公里壽命的水平，SEB電池在超百萬(wàn)公里長(cháng)壽命上比特斯拉的更向前邁了一大步，是目前三元材料鋰電池在60oC高溫工作最長(cháng)壽命的世界紀錄。

SEB電池如何做到既安全又高比能？

眾所周知，高活性電極/電解液材料提供了高功率但安全性差，而且電池會(huì )加速衰減（即使是在不使用時(shí)）。而低活性（高穩定性）電極/電解液材料增加了安全性，但降低了功率和性能。這也是常規鋰離子電池無(wú)法同時(shí)實(shí)現高安全性和高性能的根本原因。

王朝陽(yáng)團隊另辟蹊徑，提出“鈍化電池”、“加熱使用”的理念，應用多種鈍化元素來(lái)制作鈍化電池。比如在電解液中添加1%磷酸三烯丙酯，或者把正負極材料的比表面積做小。鈍化后電池達到：阻抗是常規電池的5-10倍；針剌時(shí)最高溫度從1000度降到100度以下；4.4V高電壓下比常規電池穩定30倍以上；自放電電流比常規電池小7倍，充分證明該電池具有極高的安全性和高溫穩定性。

高穩定的鈍化電池可以使用最高比容量的活性材料和超厚電極，保障了電芯的高比能。在使用前該電池先瞬間加熱到60oC，讓電池阻抗大大降低，保障高功率輸出，而且冷卻需求僅僅是常規電池的十分之一，無(wú)需主動(dòng)冷卻系統。同時(shí)SEB電池大大簡(jiǎn)化了電池管理系統（BMS），減少或完全取消電池包中的安全裝置。在電池Pack上所做的大量減法，進(jìn)一步提高電池系統比能量20%及降低成本20-30%。

大大促進(jìn)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

SEB電池的高穩定性實(shí)現了在60oC高溫工作還有4千多次循環(huán)壽命，相當于160萬(wàn)公里壽命（假設每次充滿(mǎn)電的里程是400公里），打破目前鋰電池的壽命紀錄，為出租車(chē)、物流車(chē)、皮卡、大巴等需要長(cháng)時(shí)間作業(yè)的車(chē)輛提供了長(cháng)壽命的保障。

SEB電池擁有業(yè)界最關(guān)注的“高安全、高比能、高功率、長(cháng)壽命、易管理”的五大優(yōu)勢，這將使其具有廣泛的應用前景，有望改變下一代的電動(dòng)汽車(chē)革命。

附：《Science Advances》期刊是世界權威學(xué)術(shù)雜志《科學(xué)》的子刊，發(fā)表最新和最有開(kāi)創(chuàng )性的科學(xué)成果。