锂离子电池具有高的能量密度和循环效率,低自放电,无记忆效应,在动力电池方面具有广阔的应用前景。目前LG、SDI和CATL量产的动力锂离子电池单体能量密度达到165~180W·h/kg。以北汽EV200电动汽车百公里能耗14kW·h为依据,目前量产动力锂离子电池室温下一次充电续驶里程为200公里。不改变乘用车级别、自重及单位里程能耗,如果动力电池单体能量密度达到30W·h/kg,一次充电续驶里程可以达到470公里,基本上解决了消费者里程焦虑的问题;当动力电池单体能量密度达到400W·h/kg时,一次充电续驶里程可达628公里,将超过目前大多数燃油汽车单次行驶最高里程,对于乘用车而言平均充电频次也可以大大下降。如果百公里电耗能进一步降低,续航里程还可以进一步延长。因此,开发高能量密度动力锂电池意义重大,影响深远。
目前全世界十分重视动力电池的研究开发,并纷纷制定国家研发计划,提出动力电池中长期技术发展路线图。2012年,美国能源部提出“EV Everywhere”计划,计划到2015年能量密度达到150W·h/kg。到2022年,电池质量能量密度能够达到250W·h/kg,体积能量密度为400 W·h/L,而且电池成本降低至现在的1/4。美国2012年启动的储能联合研究中心计划(Joint Center for Energy Storage Research)还提出5年内动力电池能量密度达到400 W·h/kg的目标。日本新能源和产业技术发展组织(NEDO)在《NEDO下一代汽车用蓄电池技术开发路线图2008》中指出,到2015年能量型动力电池的能量密度从100W·h/kg提高至150W·h/kg。预期到2020年,能量密度进一步提高至250W·h/kg。2030年以后,开发新型电池体系,将能量密度提高至500~700W·h/kg。2015年,中国政府在《中国制造2025》中提出“节能与新能源汽车”作为重点发展领域,建议加速开发下一代锂离子动力电池和新体系动力电池,并提出了动力电池单体能量密度中期达到300W·h/kg、远期达到400W·h/kg的目标。
2013年11月15日,中国科学院启动了战略先导A类项目“变革性纳米产业技术聚焦”,其中包括“长续航动力锂电池”项目,目标是研制可实用化的30W·h/kg的锂电池,主要研究内容包括基于纳米材料和技术的锂离子电池、固态锂电池、锂硫电池、锂空气电池、电池高水平诊断与失效分析技术等。该项目采取竞争评测、动态调整的管理机制,强调综合技术指标的实现和考核,以应用为导向,对标商品材料和电池,最终开发能替代现有锂离子动力电池的技术,并为我国动力电池产业长远发展储备先进电池技术。2016年1月24日,第二届中国“电动汽车百人会论坛”在北京钓鱼台国宾馆召开,以“构建竞争-创新-可持续的产业生态”为主题。中国科学院物理研究所李泓研究员代表陈立泉院士及先导团队,简单介绍了先导项目的部分最新进展工作,本研究快报就先导项目中对高能量密度锂电池的研究探索进行初步介绍,后续将分别报道其它进展。