鉅大鋰電 | 點擊量：0次 | 2019年09月18日
固態(tài)鋰電池有望成為下一代儲能電池技術(shù)發(fā)展方向
支撐我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展需要高比能電池，正極材料是制約高比能鋰離子動力電池發(fā)展的瓶頸。業(yè)內(nèi)共識，目前材料體系可用能量密度極限是350Wh/kg，提升鋰離子電池正極材料比能量的方法——高電壓和高容量。
安全“芯”策略
“容量越大，散熱越慢，產(chǎn)熱越大，電池越不安全!”武漢大學(xué)艾新平教授指出，鋰離子電池的安全性問題嚴(yán)重制約了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而熱失控是導(dǎo)致安全性問題的根本原因。例如，NCM、NCA材料在200~300℃內(nèi)存在嚴(yán)重放熱，加重了電池的安全隱患!
對鋰動力電池的安全性，艾新平認(rèn)為，科研界要做的就是迎接這一挑戰(zhàn)，實現(xiàn)電池高性能和高安全之間的平衡，建立從材料(基礎(chǔ))到單體(關(guān)鍵)再到系統(tǒng)(保障)的多級安全保護。
就單體電芯來說，現(xiàn)有安全性措施如PTC限流裝置、壓力安全閥、熱封閉隔膜等只是在一定程度上降低電池發(fā)生事故的概率，并不能從根本上杜絕鋰離子電池的安全性問題。因此，急需發(fā)展新型的電池反應(yīng)控制技術(shù)!如PTC電極、溫度敏感電極材料、熱封閉隔膜等，是解決電池安全性問題的有效途徑，值得關(guān)注。
艾新平團隊的技術(shù)思路是，在隔膜表面涂覆一層具有較低熔點的熱熔性微球，在高溫下，微球融化、坍塌形成聚合物阻礙層，切斷兩級間離子的傳輸，中斷電池反應(yīng)，從而防止電池?zé)崾Э亍?br/>
固態(tài)引領(lǐng)未來
鋰離子電池最近一個時期仍將是動力、消費電子和中小規(guī)模儲能的最好選擇，高鎳/硅基體系是300Wh/kg電池體系的首選。
然而，日、美、中三個主要電池生產(chǎn)國先后制訂了高能量密度池的研發(fā)目標(biāo)，希望在2020年展示能量密度達到400~500Wh/kg的原型器件，并在2025~2030年實現(xiàn)量產(chǎn)。各國為實現(xiàn)既定的高能量密度的目標(biāo)，均在積極地進行新型電池技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。
中國電子科技集團公司第十八研究所研究員肖成偉認(rèn)為，中長期可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的電池體系包括固態(tài)電池、鋰硫電池和鋰空氣電池。就目前市場情況來看，一些國外企業(yè)研發(fā)出的全固態(tài)鋰電池能量密度可達300~400Wh/kg，其有望成為下一代高能量密度動力和儲能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向。
贛鋒鋰業(yè)許曉雄博士對此表示贊同，他認(rèn)為，發(fā)展基于固體電解質(zhì)的固態(tài)對推動我國高安全鋰二次電池技術(shù)的應(yīng)用推廣具有重要意義和實用價值。而且在我國推動固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，時機與條件已經(jīng)初步具備，需要協(xié)同、合作推進。
事實的確這樣，目前國內(nèi)固態(tài)鋰電池配套產(chǎn)業(yè)鏈的一些技術(shù)環(huán)節(jié)，如固體電解質(zhì)已經(jīng)取得一定突破。
其實，全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池一樣，包括電池各單元(正極、負(fù)極、電解質(zhì))，其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池的原理相同。在電解質(zhì)方面，固態(tài)鋰電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池中的液態(tài)電解質(zhì)(有機電解液)，當(dāng)前主要以氧化物、硫化物、聚合物等作為固體電解質(zhì)，這是二者的核心差異。
據(jù)了解，目前國內(nèi)電解質(zhì)的研究主要集中在高電導(dǎo)率的復(fù)合型電解質(zhì)等研發(fā)上，應(yīng)用方面已經(jīng)有了電池試制品，循環(huán)及安全性能優(yōu)異。
能量與安全性能持續(xù)升級，全固態(tài)鋰電池的研發(fā)和應(yīng)用已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。但固態(tài)鋰電池發(fā)展初期存在的許多問題不容忽視。清華大學(xué)材料學(xué)院南策文教授說道，固體電解質(zhì)、正極材料體系的選擇，固體電解質(zhì)與電極材料之間的集成、界面反應(yīng)，全固態(tài)鋰電池的整體設(shè)計、封裝，以及綜合效能等問題均為“攔路虎”。
鋰電池回收“一個都不能少”
一方面，由于目前鋰電池尤其是高品質(zhì)的動力電池需求旺盛，鋰電企業(yè)把主要精力放在電池生產(chǎn)上，加上目前動力電池仍在服役期，能夠回收的動力電池不夠多，所以鋰電生產(chǎn)企業(yè)對動力電池梯次利用和回收處理的關(guān)注不足。
另一方面，未來幾年，隨著在用的大量動力電池陸續(xù)退役，鋰電生產(chǎn)企業(yè)將面臨著如何處理這些電池的巨大壓力。而從經(jīng)濟性角度分析，目前現(xiàn)有廢舊鋰電池的回收設(shè)備及工藝只適用于含有鎳、鈷等稀有貴金屬元素的鋰電池，不適用于磷酸鐵鋰電池。但現(xiàn)實情況是，磷酸鐵鋰電池已在上大量使用，因此每年將有大量的磷酸鐵鋰電池從電動汽車上退役。
所以，提前進行相關(guān)技術(shù)儲備是極為必要的，回收工藝和設(shè)備的應(yīng)用前景也非常廣闊。
基于先梯次利用后拆解再利用的原則，天津理工大學(xué)材料學(xué)院張聯(lián)齊教授提出了一種綠色回收報廢磷酸鐵鋰電池的新工藝，并建立了中試示范線進行了驗證。通過此設(shè)備和工藝，可回收得到高純度的正負(fù)極材料和其他副產(chǎn)品(外殼、鋁箔、銅箔和電解液等)。
針對大家特別關(guān)心的“磷酸鐵鋰電池回收價值不高、沒人愿意回收”的問題，張聯(lián)齊說道，“這些廢舊電池如果不處理或者處理不好，不但會污染環(huán)境，而且還會造成資源浪費;另一方面，這些再資源化的正負(fù)極材料改性后重新?lián)诫s到新漿料中，用于生產(chǎn)較低等級的動力電池，可以有效降低新電池的生產(chǎn)成本?！?
安全“芯”策略
“容量越大，散熱越慢，產(chǎn)熱越大，電池越不安全!”武漢大學(xué)艾新平教授指出，鋰離子電池的安全性問題嚴(yán)重制約了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而熱失控是導(dǎo)致安全性問題的根本原因。例如，NCM、NCA材料在200~300℃內(nèi)存在嚴(yán)重放熱，加重了電池的安全隱患!
對鋰動力電池的安全性，艾新平認(rèn)為，科研界要做的就是迎接這一挑戰(zhàn)，實現(xiàn)電池高性能和高安全之間的平衡，建立從材料(基礎(chǔ))到單體(關(guān)鍵)再到系統(tǒng)(保障)的多級安全保護。
就單體電芯來說，現(xiàn)有安全性措施如PTC限流裝置、壓力安全閥、熱封閉隔膜等只是在一定程度上降低電池發(fā)生事故的概率，并不能從根本上杜絕鋰離子電池的安全性問題。因此，急需發(fā)展新型的電池反應(yīng)控制技術(shù)!如PTC電極、溫度敏感電極材料、熱封閉隔膜等，是解決電池安全性問題的有效途徑，值得關(guān)注。
艾新平團隊的技術(shù)思路是，在隔膜表面涂覆一層具有較低熔點的熱熔性微球，在高溫下，微球融化、坍塌形成聚合物阻礙層，切斷兩級間離子的傳輸，中斷電池反應(yīng)，從而防止電池?zé)崾Э亍?br/>
固態(tài)引領(lǐng)未來
鋰離子電池最近一個時期仍將是動力、消費電子和中小規(guī)模儲能的最好選擇，高鎳/硅基體系是300Wh/kg電池體系的首選。
然而，日、美、中三個主要電池生產(chǎn)國先后制訂了高能量密度池的研發(fā)目標(biāo)，希望在2020年展示能量密度達到400~500Wh/kg的原型器件，并在2025~2030年實現(xiàn)量產(chǎn)。各國為實現(xiàn)既定的高能量密度的目標(biāo)，均在積極地進行新型電池技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。
中國電子科技集團公司第十八研究所研究員肖成偉認(rèn)為，中長期可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的電池體系包括固態(tài)電池、鋰硫電池和鋰空氣電池。就目前市場情況來看，一些國外企業(yè)研發(fā)出的全固態(tài)鋰電池能量密度可達300~400Wh/kg，其有望成為下一代高能量密度動力和儲能電池技術(shù)的重要發(fā)展方向。
贛鋒鋰業(yè)許曉雄博士對此表示贊同，他認(rèn)為，發(fā)展基于固體電解質(zhì)的固態(tài)對推動我國高安全鋰二次電池技術(shù)的應(yīng)用推廣具有重要意義和實用價值。而且在我國推動固態(tài)鋰電池的產(chǎn)業(yè)化，時機與條件已經(jīng)初步具備，需要協(xié)同、合作推進。
事實的確這樣，目前國內(nèi)固態(tài)鋰電池配套產(chǎn)業(yè)鏈的一些技術(shù)環(huán)節(jié)，如固體電解質(zhì)已經(jīng)取得一定突破。
其實，全固態(tài)鋰電池與傳統(tǒng)鋰電池一樣，包括電池各單元(正極、負(fù)極、電解質(zhì))，其工作原理與傳統(tǒng)鋰電池的原理相同。在電解質(zhì)方面，固態(tài)鋰電池采用固態(tài)電解質(zhì)替代了傳統(tǒng)鋰電池中的液態(tài)電解質(zhì)(有機電解液)，當(dāng)前主要以氧化物、硫化物、聚合物等作為固體電解質(zhì)，這是二者的核心差異。
據(jù)了解，目前國內(nèi)電解質(zhì)的研究主要集中在高電導(dǎo)率的復(fù)合型電解質(zhì)等研發(fā)上，應(yīng)用方面已經(jīng)有了電池試制品，循環(huán)及安全性能優(yōu)異。
能量與安全性能持續(xù)升級，全固態(tài)鋰電池的研發(fā)和應(yīng)用已成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的共識。但固態(tài)鋰電池發(fā)展初期存在的許多問題不容忽視。清華大學(xué)材料學(xué)院南策文教授說道，固體電解質(zhì)、正極材料體系的選擇，固體電解質(zhì)與電極材料之間的集成、界面反應(yīng)，全固態(tài)鋰電池的整體設(shè)計、封裝，以及綜合效能等問題均為“攔路虎”。
鋰電池回收“一個都不能少”
一方面，由于目前鋰電池尤其是高品質(zhì)的動力電池需求旺盛，鋰電企業(yè)把主要精力放在電池生產(chǎn)上，加上目前動力電池仍在服役期，能夠回收的動力電池不夠多，所以鋰電生產(chǎn)企業(yè)對動力電池梯次利用和回收處理的關(guān)注不足。
另一方面，未來幾年，隨著在用的大量動力電池陸續(xù)退役，鋰電生產(chǎn)企業(yè)將面臨著如何處理這些電池的巨大壓力。而從經(jīng)濟性角度分析，目前現(xiàn)有廢舊鋰電池的回收設(shè)備及工藝只適用于含有鎳、鈷等稀有貴金屬元素的鋰電池，不適用于磷酸鐵鋰電池。但現(xiàn)實情況是，磷酸鐵鋰電池已在上大量使用，因此每年將有大量的磷酸鐵鋰電池從電動汽車上退役。
所以，提前進行相關(guān)技術(shù)儲備是極為必要的，回收工藝和設(shè)備的應(yīng)用前景也非常廣闊。
基于先梯次利用后拆解再利用的原則，天津理工大學(xué)材料學(xué)院張聯(lián)齊教授提出了一種綠色回收報廢磷酸鐵鋰電池的新工藝，并建立了中試示范線進行了驗證。通過此設(shè)備和工藝，可回收得到高純度的正負(fù)極材料和其他副產(chǎn)品(外殼、鋁箔、銅箔和電解液等)。
針對大家特別關(guān)心的“磷酸鐵鋰電池回收價值不高、沒人愿意回收”的問題，張聯(lián)齊說道，“這些廢舊電池如果不處理或者處理不好，不但會污染環(huán)境，而且還會造成資源浪費;另一方面，這些再資源化的正負(fù)極材料改性后重新?lián)诫s到新漿料中，用于生產(chǎn)較低等級的動力電池，可以有效降低新電池的生產(chǎn)成本?！?
