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锂硫、锂空气都不靠谱,革新型锂离子电池可能才是王道

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9月26日, 百人会产业培训新能源汽车产业高级研修班(华东班)在上海开班,聚焦电动汽车核心技术突破与创新,多位知名学者专家和行业专业人士就动力电池发展趋势与前沿技术表达了自己的观点。

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核心总结

根据黄学杰和艾新平两位老师的讲课内容,动力电池的发展趋势和前沿技术可以总结为以下四点:

1、锂离子电池仍是动力电池发展的重点,解决Si/C负极的循环库伦效率低下和富锂锰基的电压衰减问题,有望发展出能量密度突破400Wh/kg的动力电池;

2、从远期来看,革新型锂离子电池较锂硫、锂空气电池更具现实意义。开发基于阴离子电荷补偿机制的高容量富锂氧化物正极(350mAh/g),可以发展出能量密度大于500Wh/kg的动力电池;

3、安全性决定了高能量比电池装车应用的前景,发展自发热控制技术和全固态电池是可行的解决方案,亟需加紧攻关;

4、高载量电极是实现电池高能量比的基础,根据极化模型,开发梯度孔率电极,对于高能量比电池具有重要作用和意义。 

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中科院物理所研究员黄学杰认为中国的动力电池产业保持着良好的发展态势,曾经的日韩企业实力很强,但是种种原因下他们在中国市场的业务受到重创,从而不得不开辟了新的国际市场。

国家发展新能源产业必须有自己的电池产业,这是新能源汽车的关键核心之一。在德国的汽车电气化转型过程中,德国一边跟韩国合作推出产品,同时进行自己的电池研发;相比之下,中国的动力电池产业在这几年中得到了充分的发展,单从动力电池本土化这一点上来说,中国比德国领先很多。

按照《中国制造2025》中的相关规划,动力电池单体能量密度将会在2020年达到300Wh/kg,在2025年达到400Wh/kg,等到2030年则会达到500Wh/kg。

武汉大学研究员艾新平表示:近期路线中,Si/C复合负极可使电池能量密度300Wh/kg;中期路线是富锂锰基正极+Si/C复合负极,这样可实现400Wh/kg的能量密度;而长远角度来讲,采用锂硫、锂空气等技术理论上可依讲动力电池能量密度提升到500Wh/kg,这是现存的三个技术路线。

但艾新平认为,前两个技术路线总体来说可行度较高,没有太大的技术风险;但是锂硫、锂空气电池与实际应用场景结合度太低,指导性不强,需要改变思路,加强探索。

锂硫、锂空气为啥都不靠谱? 

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对于锂硫电池,其放电中间产物溶解流失使其循环稳定性差;负极可充电性不佳;体积密度非常低,从而导致电池体积过大,占用空间。这些问题都是短时间难以解决的。 

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从应用产品上讲,锂空气电池是一个开放体系,透氧防水水非常困难,同时缺乏缺乏廉价高效的催化剂,制约着锂空气电池在动力电池领域发力。

相比之下,为了实现500Wh/kg的能量密度,采用富锂锰基正极+Si/C复合负极+固态电解质的技术路线则更为现实,艾新平将其称为革新型锂离子电池

革新型锂离子电池该怎么玩? 

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富锂锰基正极具有较高的可实现容量(250mAh/g),是突破500Wh/kg的关键;但是其循环过程中存在严重的电压衰减,导电倍率和循环性能还有待提高。

通过化学组成的优化设计,调整Mn、Ni、Co的配比来抑制电压衰减;表面改性,降低总碱量,减少材料有电解液的直接接触,提高材料循环性能和倍率性能。这是目前改善富锂锰基正极的主要工作。 

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对于Si/C复合负极,最大的问题就是锂离子脱嵌过程中,体积膨胀率太大,循环寿命低。其有效的解决途径就是建立稳定的固/液界面,提高循环库伦效率。为此,艾新平提出了硅基负极的理想结构模型,通过这种包裹结构来隔绝硅跟电解质直接接触。

至于固态电解质,现阶段的研发重点是固态聚合物电解质、无机固体电解质的设计及制备技术,固/固界面构筑技术和稳定化技术;在此基础上完善电池生产工艺及专用设备的研究,来实现产品的量产。

来源:第一电动网

作者:第一电动网

本文地址:https://www.d1ev.com/news/jishu/56838

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