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分析當(dāng)前動(dòng)力電池材料研究進(jìn)展

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2019年02月18日  

動(dòng)力電池技術(shù)水平所限,新能源汽車?yán)m(xù)航里程不高、壽命不長(充放電次數(shù)低)、衰減率較高,阻礙新能源汽車大規(guī)模應(yīng)用。近日,韓國、日本相繼宣布在動(dòng)力電池材料技術(shù)上有突破,未來動(dòng)力電池成本將下降。

在國軒高科第五屆科技創(chuàng)新大會(huì)暨第四屆動(dòng)力能源高峰論壇上,北京理工大學(xué)吳鋒教授和與會(huì)嘉賓分享了“動(dòng)力電池與相關(guān)材料研究進(jìn)展”。

“國家的重大需求促進(jìn)了動(dòng)力電池新的飛躍發(fā)展,在保證安全性的前提下,高能量、高功率、長壽命、低成本、無污染的新型動(dòng)力電池正在根據(jù)不同的用戶需求,形成產(chǎn)業(yè),走向市場。”吳鋒表示,“鎳氫電池、鋰離子電池、高比能新體系電池和超級(jí)電容器之間的技術(shù)融合十分重要,這種技術(shù)融合的本身也是技術(shù)創(chuàng)新,它將和互聯(lián)網(wǎng)一起,為我國新型二次電池的發(fā)展,掀開新的篇章!”

動(dòng)力電池材料研究進(jìn)展

吳鋒表示,動(dòng)力電池發(fā)展中面臨以下問題:能否構(gòu)建出新一代高比能電池?能否解決電池的安全可靠性問題?能否實(shí)現(xiàn)電池的長壽命?能否提高電池的性價(jià)比?

吳鋒介紹,2015年動(dòng)力鋰離子電池能量密度指標(biāo)為電芯120-180Wh/kg,材料體系主要是磷酸鐵鋰-石墨、三元-石墨。2020年新一代動(dòng)力鋰離子電池能量密度指標(biāo)是:富鋰(250mAh/g)-硅碳負(fù)極:電芯300Wh/kg。

動(dòng)力鋰離子電池能量密度的提高,除與正負(fù)極材料相關(guān)外,對(duì)所采用電解液的要求也越來越高。吳鋒表示,采用NCM三元正極材料和Si/C負(fù)極材料,可制備出能量密度319Wh/kg的高比能鋰離子電池。

關(guān)于300Wh/kg動(dòng)力電池材料體系研究進(jìn)展,吳鋒表示,研究了二價(jià)鎳含量對(duì)高鎳三元正極材料NCM811中鋰鎳混排現(xiàn)象的影響,發(fā)現(xiàn)增加鋰的化學(xué)計(jì)量比,可以增加材料中二價(jià)鎳的含量,從而降低材料中的鋰鎳混排,改善材料的循環(huán)穩(wěn)定性能。另外,制備了010晶面優(yōu)勢生長的高鎳三元正極材料(LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2),電化學(xué)測量表明該材料具有良高的倍率性能。并設(shè)計(jì)并研制出電化學(xué)活性面優(yōu)勢生長的球狀分級(jí)結(jié)構(gòu),顯著改善鋰離子電池用富鋰錳基材料的倍率循環(huán)特性倍率性能。

在負(fù)極材料研究方面,通過“直接涂膜法”合成無需粘結(jié)劑的SiO/CNx復(fù)合材料電極。含氮碳網(wǎng)可以緩沖其在循環(huán)過程中的體積變化,在SiO表面形成較好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),為電子傳輸提供穩(wěn)定通道。并且采用高能球磨法合成了Si/Ni/石墨復(fù)合材料,金屬Ni和石墨相互交錯(cuò)形成了良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),納米晶體Si被原位的嵌在SiOx矩陣中,提高了SiOx的電化學(xué)活性。

對(duì)于功能電解液的研究,設(shè)計(jì)并研制出一種含硅酸鋰的新型泥漿電解液,顯著改善高電壓鋰離子電池正極材料安全、循環(huán)穩(wěn)定等特性。另外還開發(fā)出安全性功能電解質(zhì)和添加劑:將咪唑啉酮類、哌啶環(huán)類離子液體、阻燃型磷酸酯添加劑分別與成膜添加劑亞硫酸丁烯酯復(fù)合,開發(fā)出一系列具有阻燃性和電化學(xué)兼容性的功能電解質(zhì)體系,顯著提高了鋰離子電池的安全可靠性和溫度適應(yīng)性(將使用溫度范圍從-20℃至+60℃拓寬到-40℃至+80℃)。并且研制出具有寬電化學(xué)窗口、高熱穩(wěn)定性和室溫離子電導(dǎo)率達(dá)到10-3S/cm量級(jí)的“介孔SiO2+離子液體”網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的固態(tài)化電解質(zhì),為解決新型高比能電池安全性問題提供了材料支持。

除了電池材料的研究,吳鋒還介紹了電池回收技術(shù)的研究進(jìn)展。他表示,目前二次電池已滲透到國民經(jīng)濟(jì)和人民生活的各個(gè)領(lǐng)域,電池產(chǎn)量急劇上升,對(duì)社會(huì)產(chǎn)生了巨大的環(huán)境和資源壓力,依據(jù)我國新能源汽車銷量預(yù)測,2020年僅動(dòng)力電池的需求就將達(dá)到300億瓦時(shí),對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響將日趨嚴(yán)重,鋰資源也將日漸匱乏。采用環(huán)境友好的天然有機(jī)酸回收新技術(shù),實(shí)現(xiàn)了廢舊鋰離子電池的綠色高效回收(鋰和鈷浸取率分別為98%和94%),優(yōu)于國外使用強(qiáng)酸的工藝技術(shù),避免了強(qiáng)酸回收處理中的二次污染。

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