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材料电池负极锂电池正极材料现状及未来技术走向

电池的安全性、可靠性问题是产业化过程中决定性的问题锂电池安全性问题是它本身内部的因素导致的。锂电池的构成材料主要有正极材料、负极材料、隔膜、电解液等,正极材料对安全性影响非常大。锂电池的结构决定了使用的材料与传统的干电池、一次电池是不一样的。锂电池是高容量、高电压、高能量密度的电池。高能量密度是由于高电压、高容量导致的,高电压就使得传统的电池技术无法使用;电解液使用的是一种非质子性的、非水溶液性质的耐高压的有机电解液,隔膜材料都是用的高分子材料,负极材料都是用的碳质的负极材料。这些物质在空气当中都是非常易燃的。这就是锂电池的安全性问题的一个最主要的原因。北京奥运会50辆使用盟固利锰酸锂电池的公交车圆满完成奥运任务后又在北京的市区内运行了两年多,一切都正常;上海世博会的更大规模的120辆电动车也按照我们预计的正常在运行,没有出现安全性问题。电动公交车、出租车、普及到家庭用车就是时间的问题了。当然电池需要做得更安全,因为内部的因素还没有完全消除掉爆炸的因素,目前运行的时间和规模还不足以证明安全性问题都解决了。

各种正极材料未来发展方向构成锂电池的各种各样材料里面,正极材料是非常重要的。对于正极材料,钴酸锂是目前便携式电子产品电池主要用的材料、尖晶石结构的锰酸锂是我们北京奥运、上海世博电动公交车上使用的正极材料,镍酸锂是高功率的材料,现在主要用到混合动力车、电动工具上的正极材料。这三种正极材料在过去的20年中,钴酸锂依然起着重要的作用,今后的锰酸锂和镍酸锂会发展的比较快。还有一种正极材料磷酸亚铁锂,我们没有把它作为一个发展的重点。对尖晶石锰酸锂和磷酸亚铁锂的特性做个比较:(1)电压。锰酸锂的充放电电压都比磷酸亚铁锂高多了,这是一个很重要的特性。未来电池发展的趋势就是做的更小更轻,如何实现这一点,很重要的一点就是电压要高,电压高能量密度就高了。从能量密度方面考虑,锰酸锂、钴酸锂、镍酸锂的体积能量密度和重量能量密度都是有着明显的优势的。

低电压的材料不是一个发展的趋势。(2)低温性能。在低温情况下,在零下20度的时候,磷酸亚铁锂已经不能工作了,但锰酸锂仅有一些电压的下降,容量的衰减非常有限。磷酸亚铁锂在这两个特性方面的缺点就导致了未来不是动力汽车锂电池发展的重点。

决定未来锂离子二次电池的几点因素:价格、安全性、重量和体积未来锂离子二次电池的发展要求更便宜更能够被消费者接受的价格,才会有更好的市场前景;在电动汽车上使用的电池是不允许出现安全性问题的;未来动力锂电池重量和体积要向更小更轻发展。

2、未来的电池走向:

一个是纯电动车的电池叫做高容量的电池,一是混合电动车用的电池叫做高功率的电池。这两个是小型锂电之外未来发展最快的电池。

与多元材料电池相比,磷酸亚铁锂电池无法解决大电流充放电问题,因而在混合动力汽车应用存在劣势。

未来关注的几点技术动向

1、开发更高电压的尖晶石锰酸锂材料。

4.5伏以上的尖晶石材料作为第2代材料会在以后推出。

2、负极材料也是很重要的。从理论上讲,锂金属作为负极材料具有最高的容量密度,但是锂金属还有一定的缺陷,现在还无法用到锂电池上去。现在都是用碳做负极材料,容量只有锂金属的十分之一,如果过渡到锂金属的负极材料,负极材料的容量就可以提高10倍,未来电池就可以做得更小更轻。我们现在做出来的负极材料,容量远远高于现在的碳,稳定性也很好。

3、电池技术。锂电池从商业化应用到今天,技术没有发生太大的变化,传统的思路导致了电池很难在容量上有更大的突破。新的思路可以采用非化学的其它的思路做电池极片。非传统技术做电池极片,可以做到现在的1/3甚至更薄的厚度,质量更小,就为大幅度提高容量密度铺平道路。一种新型的氧化物负极高功率电池充放电10万次都不会有问题。钛酸锂负极材料非常有发展前景。

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