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锂电池发展亮点纷呈:硅碳负极、全固态、钛酸锂、软包、超级电容……

2017-05-19 09:06来源:分析师作者:徐智翔 郑丹丹关键词:锂离子电池动力锂电池新能源汽车收藏点赞

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趋势三:钛酸锂电池引领锂电快充时代

目前商业化的锂电负极材料主要采用石墨碳,其指标性能优势比较均衡,如图16所示,但是碳电极与金属锂的电位接近,当电池过充电时容易在碳电极表面析出金属锂形成锂枝晶,锂枝晶会刺穿隔膜引起短路等造成安全隐患问题。同时,碳负极电池在首次化成时电极表面还原形成表面膜(SEI膜),SEI膜的形成和修复过程会消耗电解液,造成不

可逆容量加大,电池衰减加剧从而影响电池使用寿命。钛酸锂则恰好弥补了石墨的一些缺陷,具有以下优势:

1)高安全性,插锂电位高(1.55V),不生产锂枝晶,充电态和放电态下都具有极高热稳定性;

2)长寿命,零应变材料,寿命极长(可达多3万次以上),不姓陈传统意义上的SEI膜;

3)可快充,尖晶石型结构,十倍于锂离子扩散系数,充电时间仅需6~15分钟;

4)温度范围广,-40~60℃可充可放,DOD≥60%;

5)低成本,可用铝箔作集电极,生产成品率高。

目前已具备钛酸锂电池生产能力的国内企业包括湖州微宏动力有限公司、珠海银隆新能源有限公司、中信国安盟固利电源技术有限公司、安徽天康(集团)股份有限公司等,产品要应用于快充型纯电动客车、插电式混合动力客车、双源无轨电车等。

趋势四:全固态电池将突破能量密度瓶颈

全固态锂电池具有安全性能高、循环寿命长、工作温度范围宽、无需隔膜等优点,除此之外,相比于传统的锂离子电池还具有以下优势:

①固体电解质具有较高的电化学窗口,适应于高电压型电极材料,并可通过多层堆垛技术实现内部串联,获得更高的输出电压;

②全固态锂电池全部使用固体材料,具有更高的封装效率,且采用物理方法制备,类似半导体工艺,具备成熟的生产方式;

③可制备薄膜电池和柔性电池,未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等领域。目前全固态电池的主要缺点在于单体容量较小、电导率较低、成本暂时较高。

将来若要把锂电池的能量密度提升到500Wh/kg以上,需要新的变革性蓄电技术,比如,锂硫电池、锂空电池,这两类电池的负极都是金属锂,正极活性物质分别是硫或空气。可充放锂硫电池和锂空电池的研究都已经经历了数十年,由于之前一直采用液体电解质,金属锂负极的稳定性难以解决,随着固态电池的应用,这一问题将得以克服。

国内在全固态锂电池领域的拓展还处于初期阶段,主要有以下企业在推进产业化:

1)珈伟股份,通过与哈佛等一流大学的科学家合作,采用材料基因组技术,成功研制出高性能的全固态锂电池(有机无机掺杂),目前已建成中试线进行小批量生产,能量密度达到300Wh/kg,公司将投入10-12亿建设一期2~2.5亿安时产能,预计2017年底或2018年初投产,可实现年收入20亿元,后续计划再投入40-50亿建设二期10亿安时产能,可实现年收入80-100亿元;

2)中天科技集团,2015年5月与中国科学院青岛生物能源与过程研究所签订“高性能固态锂金属电池的开发”协议,计划用三年的时间合作开发高安全性单体容量为10Ah的全固态锂电池,能量密度大于250Wh/kg;

3)赣锋锂业,2016年11月与中国科学院宁波材料技术与工程研究所签订“高锂离子电导率固体电解质材料中试技术研发”的成果产业化合作协议。

此外,苹果、谷歌等国外多家研究机构也在进一步研发全固态薄膜电池,其与一般的薄膜电池的比较如表19所示,其循环寿命、能量密度、安全性等方面都具有较大优势。

原标题:锂电池发展亮点纷呈:硅碳负极、全固态、钛酸锂、软包、超级电容……
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

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