前段时间参加了中国化学会第四届能源化学论坛学习了关于高比能高安全电池相关信息，再次总结和大家分享。

全球新能源汽车（纯电和插混）销售量，2023年为1465万辆，2024年1823万辆。中国新能源汽车发展，迈入全球化的高质量发展新阶段，2023年新能源汽车累计销量950万辆，全球占比达到64.8，2024年累计销量达到1286万辆，全球占比70.5%。

2024年全球锂电池产量达到1545GWh，到2025年全球主要锂电池厂商规划产能达到4335GWh，在全球动力电池装机量排名前十的企业中，中国企业6席。

工信部发布我国锂电池电池产量2023年940GWh，2024年1170 GWh，锂电产值超过4万亿元，其中动力型 储能型 消费型锂电池产量分别占比826 260 84 GWh。

我国动力电池产量全球占比70%，引领全球，电芯制造与电池结构设计技术优势明显，但原创技术偏少，未来的机遇和挑战在于突破能量密度和电池安全。

锂离子电池受制于脱嵌反应机制和材料体系，其能量密度公里密度循环寿命安全等性能相互制约，难以兼顾，如何实现电池高能量密度与高安全迫在眉睫。

电池高比能高安全及提升策略：

● 高比能电池正极材料（高容量，高电压）解耦设计，协同提升：Mg参杂钴酸锂占据Li层，作为支柱稳定4.6V电压下的循环。

● 高比容量金属锂负级，金属锂是圣杯级高比能负极，在空气中很难稳定保存，要在实际应用，需解决金属锂的稳定性，提高电池的安全性。

多种薄锂负极制备策略，锂银合金厚度低至1微米的大面积锂箔。直接刮涂法，将熔锂浇铸到碳纳米管薄膜上，从而获得超薄的Li-CNT膜。

需要注意一点，金属锂负级稳定性差，固态电解质界面电阻大，行业内提出了“锂合金化”“界面亲润”新策略，构筑了系列稳定的金属锂负级，优化固态界面结构。

这种看法，将锂金属作为金属看待，认为金属必然存在疲劳效应。疲劳与锂电池失效的关联分为三种模式:

◎ 缺陷疲劳主导的失效，锂金属与固态电解质接触不良时，初始缺陷会增加局部电流密度和应力集中，加速界面退化。

◎ 动力学疲劳主导的失效，在高电流密度下锂离子扩散速度有限，导致锂剥离过程中产生微孔并扩展，导致界面退化。

◎ 循环应力疲劳主导的失效，即使在低电流密度下，循环应力仍会导致金属锂疲劳最终引发界面退化。

● 微乳电解液实现金属锂电池“三高”

难点在于界面结构难稳定，材料退化难控制。同步调控正极界面CEI和负极界面SEI 。挑战正负极材料与电解液界面不稳定，易发生副反应。

◎ 策略：解耦CEI和SEI ，设计非均相微乳电解液，实现同步调控。通过溶解度筛选构筑微乳电解液，氟化溶剂形成不可溶核壳结构的微乳液。

◎ 高稳定：同时形成富含LiF的CEI和SEI层，大幅提升界面动态稳定性。

◎ 高安全：含F电解液具有阻燃特性，循环过程未观察到气体产生，针刺无压降，不起火，呈现优异的安全性能。

● 高比能无负极金属锂电池

行业内发明一种P区金属添加剂，原位构筑人工SEI膜，提升界面稳定性和锂离子快速输送能力，获得更高的循环和100%库伦效率。

● 补锂技术助力实现电池高比能

行业内发现锂箔预锂损伤机制，粉化和死锂导致锂利用率低。电子转移路径的阻断，导致锂残留和低锂利用率，容量加速衰减。

● 自愈合界面调控实现高比能高安全

挑战聚合物电解质离子电导率低，固固界面阻抗大，影响界面锂离子输运，利用聚醚氨脂电解质中的二硫键和氢键自愈合，实现固态锂金属电池多界面自修复，提升界面相容性。

● 萘穿刺的聚合物复合集流体

◎ 挑战:内短路是导致电池起火爆炸的主要原因之一。

◎ 解决方案：提出第二可变形隔膜，抑制内短路的新思路，构筑金属聚合物的复合集流体。

● 热关断智能电解液

100摄氏度以上电解液分解成离子阻隔型SEI和CEI，关断离子输运。

小结

面向国家对新能源汽车和规模储能的重大需求，发展高比能高安全动力电池与储能电池关键材料与技术，研究开发新型电池体系。

● 基础研究：新机制：工业条件下电化学体系反应机制的新认知，如锂疲劳、电解液。

● 新材料：复合集流体、热关断智能电解液、锂合金负极;新策略：解耦精准设计，协同提升性能。

● 技术攻关：

◎ 高比能电池关键材料：电池固态化，界面兼容及自愈合。

◎ 电池超级快充技术:杂原子参杂石墨负极。

◎ 原位无损检测技术：超声成像分析、光纤监测。

● 重点突破：

◎ 复合电极材料：实现电池优异的综合性能。

◎ 电池本征安全：实现电池高能量密度下的高安全。

◎ 智能电池体系：声、光等传感技术，实现电池信息融合。

       原文标题 : 新能源动力电池“三高”关键材料与技术分析和研究