【聚焦】安全“芯”最重要固态锂电池引领未来

日期:2021-06-10 00:45:01 | 人气: 13280

本文摘要:承托我国新能源汽车产业的将来发展必须高比能电池,负极材料是制约高比能锂离子动力电池发展的瓶颈。

承托我国新能源汽车产业的将来发展必须高比能电池,负极材料是制约高比能锂离子动力电池发展的瓶颈。业内共识,目前材料体系锂离子电池能用能量密度无限大是350Wh/kg,提高锂离子电池负极材料比能量的方法——低电压和高容量。

安全有保

安全性“芯”策略“容量越大,风扇越慢,产热越大,电池越不安全性!”武汉大学艾新平教授认为,锂离子电池的安全性问题相当严重制约了新能源产业的发展,而热失控是造成安全性问题的根本原因。例如,NCM、NCA材料在200~300℃内不存在相当严重放热反应,减轻了电池的安全隐患!对锂动力电池的安全性,艾新平指出,科研界要做到的就是庆贺这一挑战,构建电池高性能和低安全性之间的均衡,创建从材料(基础)到单体(关键)再行到系统(确保)的多级安全性维护。就单体电芯来说,现有安全性措施如PTC限流装置、压力安全阀、热堵塞隔膜等只是在一定程度上减少电池再次发生事故的概率,并无法彻底杜绝锂离子电池的安全性问题。

因此,急需发展新型的电池反应控制技术!如PTC电极、温度脆弱电极材料、热堵塞隔膜等,是解决问题电池安全性问题的有效途径,有一点注目。艾新平团队的技术思路是,在隔膜表面涂覆一层具备较低熔点的热熔性微球,在高温下,微球融化、塌陷构成聚合物妨碍层,截断两级间离子的传输,中断电池反应,从而避免电池热失控。固态锂电池引导未来锂离子电池最近一个时期仍将是动力、消费电子和中小规模储能的最差自由选择,低镍/硅基体系是300Wh/kg电池体系的选用。

然而,日、美、中三个主要电池生产国先后制定了高能量密度锂电池的研发目标,期望在2020年展出能量密度超过400~500Wh/kg的原型器件,并在2025~2030年构建量产。各国为构建既定的高能量密度的目标,皆在大力地展开新型电池技术的研发及应用于。中国电子科技集团公司第十八研究所研究员肖成伟指出,中长期可以构建产业化的电池体系还包括固态电池、锂硫电池和锂空气电池。

就目前市场情况来看,一些国外企业研发出有的全固态锂电池能量密度平均300~400Wh/kg,其未来将会沦为下一代低能量密度动力和储能电池技术的最重要发展方向。赣锋锂业许晓雄博士回应回应赞成,他指出,发展基于液体电解质的固态动力锂电池对推展我国低安全性锂二次电池技术的应用于推展具备最重要意义和实用价值。而且在我国推展固态锂电池的产业化,时机与条件早已可行性不具备,必须协同、合作前进。

事实的确这样,目前国内固态锂电池设施产业链的一些技术环节,如液体电解质早已获得一定突破。只不过,全固态锂电池与传统锂电池一样,还包括电池各单元(负极、负极、电解质),其工作原理与传统锂电池的原理完全相同。在电解质方面,固态锂电池使用固态电解质替代了传统锂电池中的液态电解质(有机电解液),当前主要以氧化物、硫化物、聚合物等作为液体电解质,这是二者的核心差异。据理解,目前国内电解质的研究主要集中于在低电导率的复合型电解质等研发上,应用于方面早已有了电池试制品,循环及安全性性能出色。

能量与安全性性能持续升级,全固态锂电池的研发和应用于已沦为学术界和产业界的共识。但固态锂电池发展初期不存在的许多问题不容忽视。清华大学材料学院南策文教授说,液体电解质、负极材料体系的自由选择,液体电解质与电极材料之间的构建、界面反应,全固态锂电池的整体设计、PCB,以及综合效能等问题皆为“拦路虎”。锂电池重复使用“一个都无法较少”一方面,由于目前锂电池特别是在是高品质的动力电池市场需求充沛,锂电企业把主要精力放到电池生产上,再加目前动力电池仍在服役期,需要重复使用的动力电池过于多,所以锂电生产企业对动力电池梯次利用和重复使用处置的注目严重不足。

另一方面,未来几年,随着在用的大量动力电池相继除役,锂电生产企业将面对着如何处置这些电池的极大压力。而从经济性角度分析,目前现有废旧锂电池的重复使用设备及工艺只限于于所含镍、钴等珍贵贵金属元素的锂电池,呼吸困难用作磷酸铁锂电池。

但现实情况是,磷酸铁锂电池已在电动汽车上大量用于,因此每年将有大量的磷酸铁锂电池从电动汽车上除役。所以,提早展开涉及技术储备是十分适当的,重复使用工艺和设备的应用于前景也非常广阔。基于再行梯次利用后报废再行利用的原则,天津理工大学材料学院张联齐教授明确提出了一种绿色重复使用出厂磷酸铁锂电池的新工艺,并创建了中试样板线展开了检验。

通过此设备和工艺,可回收获得高纯度的正负极材料和其他副产品(外壳、铝箔、铜箔和电解液等)。针对大家尤其关心的“磷酸铁锂电池重复使用价值不低、没有人不愿重复使用”的问题,张联齐说,“这些废旧电池如果不处置或者处置很差,不但不会污染环境,而且还不会导致资源浪费;另一方面,这些再行资源化的正负极材料改性后新的掺入到新的浆料中,用作生产较低等级的动力电池,可以有效地减少新的电池的生产成本。


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