9.6新形势下动力电池行业的机遇与挑战

2017年动力电池技术进展与发展趋势

电动汽车资源网 中字

一、国内动力电池的主要技术进展

第一方面,面向300瓦时/公斤的电池,也就是2020年的电池。目前新能源汽车专项里面有三个团队,一个是宁德时代新能源、一个是天津力神、一个是合肥国轩。这三个团队目前基本上采用的技术路线大同小异,正极是高镍三元,负极是硅碳负极,这个电池目前技术指标已经接近应用要求,也就是说2020年要产业化的300瓦时/公斤的电池取得了实质性突破。现在从比能量角度都已经达到,像宁德时代新能源的产品循环寿命基本上在1000次左右,能量密度达到304瓦时/公斤,其他两家也差不多。当然还有部分企业安全性标准还没有完全满足。300瓦时/公斤的单体大概能做出200-210瓦时/公斤的电池系统,因为他们基本上是软包电池,不是方形电池。2017年底、2018年初电池能量密度单体大概达到230瓦时/公斤左右,系统大约150瓦时/公斤左右。就是说在2018、2019年还需要再提高50—70瓦时/公斤.这个我认为是可以做到的。至于350瓦时/公斤、260瓦时/公斤是我们力争的目标。

第二方面,面向2025年产业化,希望冲击单体电池400瓦时/公斤。300瓦时/公斤实际上是负极从碳变成硅碳,到400瓦时/公斤时要变的是正极。目前可选的正极有好几种,现在我们新能源汽车重点专项取得突破性进展的是高容量富锂锰基正极材料。有两个单位承担了前沿基础项目,一个是物理所,改善了富锂锰基正极循环的电压衰减。达到的指标是100周之后电压衰减降到了以内,这是一个重大的进展。另外一个是北京大学的团队,首次研制出了比容量400毫安时/克的富锂锰基正极,对于400瓦时/公斤应该是没有问题的,甚至可能达到更高。第三方面,更加前沿的,是固态电池。固态电池国内有多家研究机构和产业单位在做,包括中科院青岛能源所、宁波材料所,物理所等,还有宁德时代新能源、中航锂电等。最近宁波材料所跟赣锋锂业合作,正在推进产业化,计划2019年量产。固态电池无疑是2017年全球电池领域最热的一个技术名词,所以下面我以固态电池为例,介绍全球动力电池技术热点。

二、全球电池技术热点:全固态电池技术

全固态锂电池,这几个词每一个字都不能少、不能变。“全固态”跟“固态”是不一样的,“锂电池”和“锂离子电池”不是一个概念。所谓“全固态锂电池”是一种在工作温度区间内所使用的电极和电解质材料均呈固态、不含任何液态组份的锂电池,所以全称是“全固态电解质锂电池”。全固态锂电池又分成全固态锂一次电池和全固态锂二次电池,一次电池其实已经有用的。全固态锂二次电池又分成全固态锂离子电池和锂金属电池,这两个概念又要区别,所谓全固态金属锂电池,是其负极用的是锂金属,现在的负极用的是碳或者硅碳或者钛酸锂。

全固态锂电池的概念比锂离子电池出现的更早,锂离子电池只出现了25年左右,是日本人发明的,真正到车上用就10多年,很年轻但是进步很快。早期指的全固态锂电池,都是指金属锂为负极的全固态金属锂电池,一说全固态往往是以锂金属为负极的,这就是以前的概念。全固态锂电池有几个潜在的技术优势,一是安全性高,因为它没有有机溶剂作为电解质引发电解液燃烧问题;二是能量密度高,需要说明的是,固态电解质的密度和使用量高于液态电解质,在正负极材料相同的时候,它的优势是不明显的,当然如果有了固态电解质之后就没有电解液泄漏问题,所以它可以一片片全部叠起来,不像我们非要搞一个软包包起来,这样体积比能量就会高。第三,正极材料选择的范围宽,因为负极是锂金属,正极不含锂都可以。还有,电解质的电压窗口会更宽,正极材料选择范围也就大,比能量也可以提高;第四,系统比能量高,由于电解质无流动性,可以方便地通过内串联组成高电压单体,利于电池系统成组效率和能量密度的提高。

但是也存在一些问题。第一个问题是固态电解质材料的离子电导率偏低。现在有三种固态电解质,一种是聚合物,一种是氧化物,一种是硫化物。聚合物电解质这种,其实这个电池已经有了,现在在法国有些车上用,它的问题就是要加热,电池要加热到60度,离子电导率才上来,电池才能正常工作。目前氧化物电解质一般比液态的还是要低很多。只有硫化物的固态电解质现在跟液态的差不多,比如丰田就是用的这种硫化物的固态电解质,所以固态电解质是有突破的,主要的突破是在硫化物的固态电解质。

第二个问题就是固/固界面接触性和稳定性差。液体跟固体结合是很容易的,渗透进去。但是固体和固体接触性和稳定性就不是太好了,这是它很大的一个问题。硫化物电解质虽然锂离子导电率已经提高了,但是仍然有界面接触性和稳定性问题。

声明: 本文系OFweek根据授权转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们。
侵权投诉

下载OFweek,高科技全行业资讯一手掌握

OFweek人工智能大会智能汽车论坛
9.6 OFweek中国锂电产品及应用在线展会
还不是OFweek会员,马上注册
反馈
打开