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淺析磷酸鐵鋰電池:通過納米技術(shù)和富鋰技術(shù)實(shí)際能量密度將會(huì)大幅度提升

發(fā)布時(shí)間: 2015-10-14 11:53:17    來源: 全球電源網(wǎng)
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[摘要]近日,新能源汽車動(dòng)力電池材料高峰論壇在合肥舉辦,華中科技大學(xué)材料學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)黃云輝做了演講并表示,磷酸鐵鋰電池通過納米技術(shù)和富鋰技術(shù)等手段而應(yīng)用,其實(shí)際能量密度將會(huì)大幅度提升,并且磷酸鐵鋰電池實(shí)現(xiàn)2元/瓦時(shí)以下的成本沒有問題。

 

  近日,新能源汽車動(dòng)力電池材料高峰論壇在合肥舉辦,華中科技大學(xué)材料學(xué)與工程學(xué)院院長(zhǎng)黃云輝做了演講并表示,磷酸鐵鋰電池通過納米技術(shù)和富鋰技術(shù)等手段而應(yīng)用,其實(shí)際能量密度將會(huì)大幅度提升,并且磷酸鐵鋰電池實(shí)現(xiàn)2元/瓦時(shí)以下的成本沒有問題。無疑,這一觀點(diǎn)猶如激起軒然大波,齊刷刷的聚集了業(yè)內(nèi)人的眼球。

  黃云輝在此次論壇主旨發(fā)言中表示,磷酸鐵鋰電池目前做成體系的也就是100Wh/kg左右。現(xiàn)在要發(fā)展達(dá)到250、260Wh/kg左右新一代產(chǎn)品,下一步其能量密度則要超過300Wh/kg。實(shí)現(xiàn)這種高比能磷酸鐵鋰電池,一方面要從材料本身來考慮問題,另外一方面,也要從電池的制備技術(shù)綜合考慮。

  華中科技大學(xué)材料學(xué)材料與工程學(xué)院院長(zhǎng)黃云輝表示,磷酸鐵鋰電池通過納米技術(shù)和富鋰技術(shù)等手段而應(yīng)用,其實(shí)際能量密度將會(huì)大幅度提升,并且磷酸鐵鋰電池實(shí)現(xiàn)2元/瓦時(shí)以下的成本沒有問題。

  黃云輝表示,磷酸鐵鋰電池目前做成體系的也就是100Wh/kg左右?,F(xiàn)在我們要發(fā)展達(dá)到250、260Wh/kg左右新一代產(chǎn)品,下一步其能量密度則要超過300Wh/kg。實(shí)現(xiàn)這種高比能磷酸鐵鋰電池,一方面要從材料本身來考慮問題,另外一方面,也要從電池的制備技術(shù)綜合考慮。

  磷酸鐵鋰能量密度提升尚有很大空間

  目前從正極和負(fù)極這方面來看,國(guó)內(nèi)外廠家所采用的主要是磷酸鐵鋰的正極材料體系,歐美動(dòng)力電池市場(chǎng)基本上還是應(yīng)用磷酸鐵鋰的多一些,而日本、韓國(guó),他們主要采用三元體系,可以說,目前磷酸鐵鋰體系的動(dòng)力電池依然是最成熟、最安全的鋰離子動(dòng)力電池。

  盡管,磷酸鐵鋰它是磷酸鹽體系里面能量密度差不多是最低的一種。但如果正極體系里能夠把整個(gè)正極的核心物質(zhì)含量提高到30%以上,那么其實(shí)際能量密度就會(huì)大幅度的提升。比如說富鋰體系,其做成電池,單電池能量密度就可以達(dá)到300Wh/kg以上,甚至超過三元體系目前所實(shí)現(xiàn)的能量密度。

  在提高正極材料它的比能量的同時(shí),提高負(fù)極材料的比能量也是重大技術(shù)突破方向。

  在目前的磷酸鐵鋰電池中如果負(fù)極材料還是用370石墨的話,實(shí)現(xiàn)高比能確實(shí)難度比較大。所以現(xiàn)在對(duì)于硅基,包括硒基的高比能材料,大家都很看重。

  因此,在目前體系下面,如果能把磷酸鐵鋰充分的做好,能量密度能夠達(dá)到120Wh/kg左右,在電動(dòng)汽車?yán)锩鎽?yīng)用的話,我覺得沒有任何問題。

  負(fù)極材料技術(shù)突破

  在提升磷酸鐵鋰電池能量密度的工作中,負(fù)極材料的改善也關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。目前除了石墨之外,其他有可能作為改善負(fù)極材料性能的材料,包括,硅以及各種氧化物添加劑,來添加到目前的傳統(tǒng)石墨里面,這個(gè)是目前比較可行的方法,而且現(xiàn)在很多公司都已經(jīng)在采用。我覺得這些材料作為添加劑添加到負(fù)極里面是完全可行的,但添加的量不能太多。

  目前,我們今年剛剛啟動(dòng)了能源及車用納米功能材料的制備與應(yīng)用關(guān)鍵的863重大項(xiàng)目。這個(gè)項(xiàng)目主要做高比能的電池材料。我們提出來單極電池達(dá)到能量密度260Wh/kg以上。其中正極材料采用富鋰層狀和高鎳層狀正極材料;對(duì)于負(fù)極材料,也要突破現(xiàn)在傳統(tǒng)的石墨體系,所以我們現(xiàn)在選的一個(gè)是硬炭,還有硅基材料進(jìn)行研發(fā)。另外,硬炭材料,它的容量也是相當(dāng)高的,比如我們通過高分子材料作為前軀體制成的一類硬炭材料,就表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。這樣做出來的單體電池能量密度要達(dá)到280Wh/kg以上。

  此外,現(xiàn)在很多做車的專家,他們是希望能夠?qū)囯姵啬芰棵芏忍岣叩?50Wh/kg以上,這是傳統(tǒng)的鋰電池是根本不可能做到的,目前最現(xiàn)實(shí)的是采用鋰硫電池,但五年、十年之內(nèi)其還不可能實(shí)現(xiàn)它的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

  鐵鋰電池綜合性價(jià)比最優(yōu) 2元時(shí)代沒問題

  同時(shí),評(píng)價(jià)一類電池材料的好壞,除了關(guān)注能量度外,在實(shí)際中更注重綜合性能。在這方面磷酸鐵鋰電池在未來依舊具備無可比擬的性能。磷酸鐵鋰正材料的體積膨脹低于7%,是非常非常穩(wěn)定的正極材料,到目前為止,沒有任何一種正極材料的安全性、循環(huán)壽命能夠比過磷酸鐵鋰。

  盡管,磷酸鐵鋰在導(dǎo)電性、批次穩(wěn)定性低溫性能方面性能較差,但是看到我們目前的工藝和設(shè)備,我覺得這些問題都能夠解決。首先,通過技術(shù)改良目前磷酸鐵鋰正材料的導(dǎo)電性已經(jīng)在不成為問題。其次,通過大規(guī)模的生產(chǎn),它的材料的穩(wěn)定性肯定是可以得到保障。另外通過納米技術(shù)的應(yīng)用,磷酸鐵鋰正材料的低溫性能也可以大幅度提高。

  最關(guān)鍵的還是成本,磷酸鐵鋰電池不同于三元鋰電池,需要依托于鈷、鎳等稀缺金屬的應(yīng)用,磷酸鐵鋰電池除了鋰元素比較貴以外,像鐵、磷等元素的獲得是非常便宜的。在未來的價(jià)格戰(zhàn)、資源戰(zhàn)中,磷酸鐵鋰電池?fù)碛幸欢▋?yōu)勢(shì)。并且,隨著工藝路線進(jìn)一步成熟,磷酸鐵鋰電池實(shí)現(xiàn)2元/瓦時(shí)以下的成本是沒有問題的。

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