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王朝陽院士團(tuán)隊(duì)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(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)王朝陽院士團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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(guó)際頂級(jí)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(guī)鋰離子電池均無法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高安全性和高性能。王朝陽團(tuán)隊(duì)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(duì)鋰電池高性能與安全性必須折衷的傳統(tǒng)做法，通過超穩(wěn)定材料來制作電池再結(jié)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(tuán)隊(duì)將其稱為碩安電池?，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(chǔ)存等極端破壞性條件下均表現(xiàn)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(dāng)60oC工作時(shí)達(dá)到輸出功率比常規(guī)電池大81%，循環(huán)次數(shù)4千多次，按每個(gè)循環(huán)的里程為400公里計(jì)算，這相當(dāng)于160萬公里。相比特斯拉電池只能在常溫下達(dá)到160萬公里壽命的水平，SEB電池在超百萬公里長(zhǎng)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(zhǎng)壽命的世界紀(jì)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(wěn)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(guī)鋰離子電池?zé)o法同時(shí)實(shí)現(xiàn)高安全性和高性能的根本原因。

王朝陽團(tuán)隊(duì)另辟蹊徑，提出“鈍化電池”、“加熱使用”的理念，應(yīng)用多種鈍化元素來制作鈍化電池。比如在電解液中添加1%磷酸三烯丙酯，或者把正負(fù)極材料的比表面積做小。鈍化后電池達(dá)到：阻抗是常規(guī)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(guī)電池穩(wěn)定30倍以上；自放電電流比常規(guī)電池小7倍，充分證明該電池具有極高的安全性和高溫穩(wěn)定性。

高穩(wěn)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(guī)電池的十分之一，無需主動(dòng)冷卻系統(tǒng)。同時(shí)SEB電池大大簡(jiǎn)化了電池管理系統(tǒng)（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(tǒng)比能量20%及降低成本20-30%。

大大促進(jìn)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展

SEB電池的高穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)了在60oC高溫工作還有4千多次循環(huán)壽命，相當(dāng)于160萬公里壽命（假設(shè)每次充滿電的里程是400公里），打破目前鋰電池的壽命紀(jì)錄，為出租車、物流車、皮卡、大巴等需要長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)的車輛提供了長(zhǎng)壽命的保障。

SEB電池?fù)碛袠I(yè)界最關(guān)注的“高安全、高比能、高功率、長(zhǎng)壽命、易管理”的五大優(yōu)勢(shì)，這將使其具有廣泛的應(yīng)用前景，有望改變下一代的電動(dòng)汽車革命。

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