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磷酸鐵鋰能量密度提升尚有很大空間 2元時代將到來

作者:中國儲能網(wǎng)新聞中心 來源:第一電動網(wǎng) 發(fā)布時間:2015-10-13 瀏覽:

10月11日,在合肥中國新能源汽車動力電池材料高峰論壇上,華中科技大學(xué)材料學(xué)與工程學(xué)院院長黃云輝表示,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,其實際能量密度將會大幅度提升,并且磷酸鐵鋰電池實現(xiàn)2元/瓦時以下的成本沒有問題。

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?,F(xiàn)在要發(fā)展達到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)院院長黃云輝

磷酸鐵鋰能量密度提升尚有很大空間

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

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正極的核心物質(zhì)含量提高到30%以上,那么其實際能量密度就會大幅度的提升。比如說富鋰體系,其做成電池,單電池能量密度就可以達到300Wh/kg以上,甚至超過三元體系目前所實現(xiàn)的能量密度。

在提高正極材料它的比能量的同時,提高負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極材料還是用370石墨的話,實現(xiàn)高比能確實難度比較大。所以現(xiàn)在對于硅基,包括硒基的高比能材料,業(yè)內(nèi)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,能量密度能夠達到120Wh/kg左右,這對于電動汽車應(yīng)則沒有任何問題。

負極材料技術(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。黃云輝表示,這些材料作為添加劑添加到負極里面是完全可行的,但添加的量不能太多。

黃云輝透露,目前,我國剛剛啟動了能源及車用納米功能材料的制備與應(yīng)用關(guān)鍵的863重大項目。這個項目主要做高比能的電池材料。我們提出來單極電池達到能量密度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;對于負極材料,也要突破現(xiàn)在傳統(tǒng)的石墨體系,所以我們現(xiàn)在選的一個是硬炭,還有硅基材料進行研發(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到280Wh/kg以上。

第一電動網(wǎng)新聞圖片

此外,黃云輝認為,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)實的是采用鋰硫電池,但五年、十年之內(nèi)其還不可能實現(xiàn)它的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。

鐵鋰電池綜合性價比最優(yōu) 2元時代沒問題

同時,評價一類電池材料的好壞,除了關(guān)注能量度外,在實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,但是看到我國優(yōu)秀企業(yè)目前的工藝和設(shè)備,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。在未來的價格戰(zhàn)、資源戰(zhàn)中,磷酸鐵鋰電池擁有一定優(yōu)勢。并且,隨著工藝路線進一步成熟,磷酸鐵鋰電池實現(xiàn)2元/瓦時以下的成本是沒有問題的。

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