研究生院在全固态锂离子电池及关键材料研究中取得了什么样的重要进展

电动汽车和手机的下一代锂离子电池将会选择能量密度更高、安全性更好的全固态锂离子电池。国家为了加速新材料和全固态锂离子电池研发，十三五期间首次设立材料基因组技术国家重点研发计划，并希望通过材料基因组的高通量计算、合成、检测及数据库（大数据的机器学习和智能分析）的新理念和新技术加速全固态锂离子电池的研发，设立基于材料基因组技术的全固态电池研发国家重点专项，该重点专项由北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授作为首席科学家牵头组织11家单位共同承担。该项目研发的重要部分包括高性能全固态锂离子电池及关键材料（例如：新型固态电解质等）和机理（例如：固态电池材料各界面调控等）的研发。传统无机陶瓷类电解质具有界面阻抗大、与电极材料匹配性差等缺点，目前难以在固态电池领域得到大规模应用，因此开发具有较小界面阻抗的新型固态电解质对固态电池能量密度以及电化学性能的提升均具有十分重要的意义。

固态电池长循环稳定性以及在不同温度下的循环容量

潘锋教授课题组最近在新型固态电解质以及高能量密度固态电池方面的研究取得重要进展，将含锂的离子液体（[EMI0.8Li0.2][TFSI]）作为客体分子装载进多孔的金属-有机框架材料（MOF）纳米颗粒载体中，制备了新型复合固态电解质材料。其中，含锂的离子液体负责锂离子传导，而多孔的金属-有机框架材料则供应了固态载体以及离子传输通道，防止了传统液态锂离子电池漏液的风险，同时对锂枝晶具有一定的抑制用途，使得金属锂可以直接用作固态电池负极。新型的固态电解质材料不仅具有较高的体相离子电导率（0.3mScm-1），另外由于其独特的微观界面润湿效应（nano-wettedeffect）使得其界面锂离子传输性能最佳，与电极材料颗粒间具有良好的匹配性。由于以上特点，该新型固态电解质与磷酸铁锂正极和锂金属负极组装的固态电池可以达到极高的电极材料负载量（25mgcm-2），并且在-20-100℃的温度区间内表现出良好的电化学性能。我们看到，电池管理系统和动力锂电池组一起组成电池包整体。与电池管理系统有通讯关系的两个部件，整车控制器和充电机。电池管理系统，向上，通过CANbus与电动汽车整车控制器通讯，上报电池包状态参数，接收整车控制器指令，配合整车要，确定功率输出；向下，监控整个电池包的运行状态，保护电池包不受过放、过热等非正常运行状态的侵害；充电过程中，与充电机交互，管理充电参数，监控充电过程正常完成。

2BMS组成

大型动力锂电池包

电池管理系统，总的来说，都是由主控模块和采集模块或者叫从控模块共同构成的。单体电压采集、温度采集和均衡功能一般分配在从控模块上；总电压，总电流的采集，内外部通讯，故障记录，故障决策，都是主控模块的功能。

BMS功能结构

按照采集模块和主控模块在实体上的分配布置不同，BMS分为集中式和分布式两种。

集中式，形式上，整个管理系统安置在一个盒体里。全部电压，温度，电流采集信号线，直接连接到控制器上。采集模块和主控模块的信息交互在电路板上直接实现。这种形式一般用在总体电压比较低，电池串数比较少的小型车上。

可取之处在于，省去了从板，进而省去了主板从板之间的通讯线束和接口，造价低，信号传递可靠性高。

缺点也很明显，全部线束都直接走线到控制盒，无论控制器布置在什么位置，总有一部分线束会跑长线。信号受到干扰的几率新增，线束质量和制作水平以及固定方式也受到考验。

分布式，一个主控盒和几个从控盒共同组成。主控盒只接入通讯线，主控负责采集的信号线，给从板供应的电源线等必须的线束。从控盒，布置在自己负责采集温度、电压的电池模组附件，把采集到的信号通过CAN线报告给主控模块。有的电池模组，直接把电压、温度采集线做在模组内部，用一个线对线连接器引出。电池包组装时，直接对插连接器即可。