2010年,王德宇举家从美国来到了宁波,投入到锂离子电池材料的科研中。

　　“锂离子电池正极材料的容量，相对于负极材料较低。”中科院宁波材料所新能源技术研究员王德宇说，开发高容量正极材料及匹配性电解液成为锂离子电池领域发展的核心技术。

　　锂离子电池技术是目前世界上最受瞩目的电化学储能技术之一，广泛应用于商用电子市场，而锂离子电池的能量密度决定了其在电子产品、电动汽车等应用领域的应用前景。

　　记者 王婧

　　■人物名片

　　名字：王德宇

　　职务：中科院宁波材料所新能源技术研究员

　　荣誉：宁波市“３３１５计划”创新人才

　　“锂电池”科研达人青睐宁波

　　近年来，新能源汽车行业的发展带动锂电池需求的高速增长。宁波是我国锂离子电池电极材料的重要生产基地，拥有层状氧化物正极材料前躯体和电极材料的产业群。

　　王德宇认为，在宁波进行层状氧化物正极材料的改性研究，开发能够提高层状材料可逆容量的使用技术，能够促进本地企业的产品升级，提高行业竞争力。

　　“科研要体现社会价值，应该离市场近一点。”２０１０年，王德宇举家从美国来到了宁波。“虽然当时宁波材料所的知名度并不高，但很有活力和激情。”他说，宁波材料所的科研氛围自由宽松、个人薪酬机制合理，科研人员还有调配资源开展研究的自主权力。

　　来宁波前，王德宇在锂电池研究领域已小有名气，具有１２年研究经验，主要研究方向包括锂电池新型电极材料、电解液、电极界面反应机理和高能量密度储能体系等，在该领域顶级国际杂志发表ＳＣＩ论文３３篇，申请发明专利２０项。他所开发的磷酸铁锂、磷酸锰锂等制备技术，在国内外得到推广应用。

　　持续攻关硕果累累

　　自１９９０年Ｓｏｎｙ推出锂离子电池开始，已经有多种正极材料应用于商用体系，主要可以分为磷酸盐、层状氧化物和尖晶石氧化物三类。其中，层状氧化物的使用率普遍在５０％～６０％，具有较大的提升空间，将成为下一代锂电池材料革命的市场主导。

　　“寻找合适的材料比找对象难多了，不是光看外表就行了，还要解剖开来深入研究。”王德宇笑称。高镍材料就是王德宇反复研究后找到的材料。

　　高镍材料是一种层状氧化物，但在使用时与电解液副反应较大，容易造成电池胀气，需要严格控制湿度。如能够改善界面稳定性解决胀气问题，其锂离子电池能量密度将会明显提高。

　　王德宇将主要精力集中于如何改善高镍材料对水分的敏感性、提高界面稳定性等问题。“在高镍表面进行修饰，形成高稳定性保护结构，是提高高镍材料稳定性的核心。”他说。

　　在解决高镍材料的稳定性后，王德宇还致力于提高其循环性能和放电容量。他和团队开发出一种新型梯度结构的正极材料，创造性地采用界面缓冲层结构，大幅度提高了高镍材料的循环性能，放电容量比市场主流产品提高了２０％，已经申请了三项专利。

　　在负极材料上，钛酸锂是最有希望构筑长寿命电池的负极材料。但钛酸锂电池在高温下会发生严重气胀现象，限制了这类电池的商业应用，目前仅有几家国际顶级企业解决了这个难题。

　　王德宇在深入研究电极／电解液界面反应机理之后，确定了防胀气电解液的最终配方，经东莞新能源生产线验证，电池的胀气体积由原来大于１５０％（商用电解液）降至小于１５％（自主开发电解液），满足商用钛酸锂电池的要求，成为国内首个掌握此项技术的机构。

　　锂空气电池成新方向

　　“科研的乐趣，很多时候就是你不知道下一秒会发生什么？”王德宇说，有不少科研成果，是苦苦研究而不得，但一个小小的“意外”却又实现了突破，可谓“柳暗花明又一村”。

　　王德宇团队的一个研发人员在清洗研究锂空气电池的仪器时，使用了较多的清洁液且未擦拭干净，没想到这一无心之失，放大了锂空气电池的功率。

　　“我们意外发现，低功率的储能电池变成高功率的储能电池，足足提高了一个数量级，达１０倍以上。”王德宇说，“不过离应用还有距离，没有找到确切的、有说服力的证据和机理。” 

　　王德宇说，锂空气电池的储能技术完全不同，用金属锂做负极，正极一端直接与氧气反应，具有击败锂离子电池的潜力。理论上讲，该电池储存同等能量所需材料仅为其他电池的一半，其重量也可减半，在电动车行业具有极大优势。

　　然而，锂空气电池想要在成本和使用寿命上比肩传统的锂离子电池，达到“稳定生产期”，还有很长的路要走。

　　“锂空气电池是理论能量密度最高的电化学储能装置，世界范围内对锂空气电池的研究刚刚开始。”王德宇说，希望通过他们的研究能推动锂空气电池的发展。