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磷酸鐵鋰能量密度提升尚有很大空間 2元時代將到來

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2023年10月11日  

十月十一日,在合肥我國新能源汽車動力鋰電池材料高峰論壇上,華中科技大學材料學和工程學院院長黃云輝表示,磷酸鐵鋰電池通過納米技術和富鋰技術等手段而應用,其實際能量密度將會大幅度提升,并且磷酸鐵鋰電池實現2元/瓦時以下的成本沒有問題。


黃云輝在此次論壇主旨發言中表示,磷酸鐵鋰電池目前做成體系的也就是100Wh/kg左右。現在要發展達到250、260Wh/kg左右新一代產品,下一步其能量密度則要超過300Wh/kg。實現這種高比能磷酸鐵鋰電池,一方面要從材料本身來考慮問題,另外一方面,也要從電池的制備技術綜合考慮。


華中科技大學材料學材料和工程學院院長黃云輝


磷酸鐵鋰能量密度提升尚有很大空間


目前從正極和負極這方面來看,國內外廠商所采用的重要是磷酸鐵鋰的正極材料體系,歐美動力鋰電池市場基本上還是應用磷酸鐵鋰的多一些,而日本、韓國重要采用三元體系,可以說,目前磷酸鐵鋰體系的動力鋰電池依然是最成熟、最安全的鋰離子動力鋰電池。


盡管,磷酸鐵鋰它是磷酸鹽體系里面能量密度差不多是最低的一種。但假如正極體系里能夠把整個正極的核心物質含量提高到30%以上,那么其實際能量密度就會大幅度的提升。比如說富鋰體系,其做成電池,單電池能量密度就可以達到300Wh/kg以上,甚至超過三元體系目前所實現的能量密度。


在提高正極材料它的比能量的同時,提高負極材料的比能量也是重大技術突破方向。在目前的磷酸鐵鋰電池中假如負極材料還是用370石墨的話,實現高比能確實難度比較大。所以現在有關硅基,包括硒基的高比能材料,業內都很看重。


因此,在目前體系下面,假如能把磷酸鐵鋰充分的做好,能量密度能夠達到120Wh/kg左右,這有關電動汽車應則沒有任何問題。


負極材料技術突破


在提升磷酸鐵鋰電池能量密度的工作中,負極材料的改善也關鍵的環節。目前除了石墨之外,其他有可能作為改善負極材料性能的材料,包括,硅以及各種氧化物添加劑,來添加到目前的傳統石墨里面,這個是目前比較可行的方法,而且現在很多公司都已經在采用。黃云輝表示,這些材料作為添加劑添加到負極里面是完全可行的,但添加的量不能太多。


黃云輝透露,目前,我國剛剛啟動了能源及車用納米功能材料的制備和應用關鍵的863重大項目。這個項目重要做高比能的電池材料。我們提出來單極電池達到能量密度260Wh/kg以上。其中正極材料采用富鋰層狀和高鎳層狀正極材料;有關負極材料,也要突破現在傳統的石墨體系,所以我們現在選的一個是硬炭,還有硅基材料進行研發。另外,硬炭材料,它的容量也是相當高的,比如我們通過高分子材料作為前軀體制成的一類硬炭材料,就表現出優異的性能。這樣做出來的單體電池能量密度要達到280Wh/kg以上。


此外,黃云輝認為,現在很多做車的專家,他們是希望能夠將鋰電池能量密度提高到450Wh/kg以上,這是傳統的鋰電池是根本不可能做到的,目前最現實的是采用鋰硫電池,但五年、十年之內其還不可能實現它的產業化生產。


鐵鋰電池綜合性價比最優2元時代沒問題


同時,評價一類電池材料的好壞,除了關注能量度外,在實際中更重視綜合性能。在這方面磷酸鐵鋰電池在未來依舊具備無可比擬的性能。磷酸鐵鋰正材料的體積膨脹低于7%,是非常非常穩定的正極材料,到目前為止,沒有任何一種正極材料的安全性、循環壽命能夠比過磷酸鐵鋰。


盡管,磷酸鐵鋰在導電性、批次穩定性低溫性能方面性能較差,但是看到我國優秀公司目前的工藝和設備,這些問題都能夠解決。首先,通過技術改良目前磷酸鐵鋰正材料的導電性已經在不成為問題。其次,通過大規模的生產,它的材料的穩定性肯定是可以得到保障。另外通過納米技術的應用,磷酸鐵鋰正材料的低溫性能也可以大幅度提高。


最關鍵的還是成本,磷酸鐵鋰電池不同于三元鋰電池,要依托于鈷、鎳等稀缺金屬的應用,磷酸鐵鋰電池除了鋰元素比較貴以外,像鐵、磷等元素的獲得是非常便宜的。在未來的價格戰、資源戰中,磷酸鐵鋰電池擁有一定優勢。并且,隨著工藝路線進一步成熟,磷酸鐵鋰電池實現2元/瓦時以下的成本是沒有問題的。



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