高能鋰離子電池正極材料合成成功，材料具有雙重修飾作用你了解嗎？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-02 09:17
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現(xiàn)在的社會幾乎每一天都有不同的科學(xué)知識出現(xiàn)，幾乎讓我們應(yīng)接不暇，這就是社會進(jìn)步的一個特點(diǎn)，中國近幾年的科學(xué)發(fā)展十分迅速，在科學(xué)發(fā)展方面，我們已經(jīng)取得驕人的成績。中國科學(xué)技術(shù)發(fā)展十分穩(wěn)健，主要是中國的政策好，而且社會的基礎(chǔ)也很好，所以促進(jìn)了科學(xué)大發(fā)展。美女小倩是一個非常喜歡科學(xué)的人，給大家推出了很多的科學(xué)文章，朋友們只要加我粉絲，就能夠看到很多新奇有趣的科學(xué)，我們也可以一起探討。
新型材料的研究成功，對于一個國家來說十分重要，因?yàn)樾虏牧夏軌蛱岣呱a(chǎn)力，能夠節(jié)約能源，還能夠給我們的生活帶來更加方便和快捷，中國科學(xué)家在新材料研究方面，擁有雄厚的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，所以最近幾年中國的新材料層出不窮，今日有一個好消息傳來，現(xiàn)在給大家介紹一下。
我們的生活和生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到一種材料那就是富鎳三元正極材料，這種材料擁有可逆容量高和成本比較低廉的優(yōu)勢，所以經(jīng)常會被科學(xué)家提出，甚至有人認(rèn)為這種材料能夠成為下一代電池的材料之一，也就是高能量密度鋰離子電池。
但是這種富鎳三元正極材料有一些缺點(diǎn)，一直困擾著現(xiàn)在的科學(xué)家，這種材料最主要的嚴(yán)格缺點(diǎn)是界面穩(wěn)定性差，會導(dǎo)致產(chǎn)品的容積不穩(wěn)定，另外富鎳三元正極材料還有一個缺點(diǎn)那就是二次顆粒的情況，這樣會導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退的問題，所以規(guī)?；瘧?yīng)用這種材料變得比較困難。
這個難題現(xiàn)在被我國的長沙理工大學(xué)副教授李靈均和廈門大學(xué)張橋保等科學(xué)家給破解，他們聯(lián)合國內(nèi)外的一些機(jī)構(gòu)，經(jīng)過長時間的努力通過第一性原理計算為指導(dǎo)，經(jīng)過多次試驗(yàn)終于能夠同步合成了鈦摻雜和鑭鎳鋰氧化物包覆，從而讓富鎳三元正極材料具有雙重修飾。
中國科學(xué)家的研究成果十分的重要，因?yàn)榭茖W(xué)家能夠利用這種簡單的高效的合成，降低富鎳三元正極材料的成本，從而能夠有力批量生產(chǎn)高性能富鎳三元材料，這個成就將會給中國的很多行業(yè)帶來巨大的好處，對于中國經(jīng)濟(jì)也是一個促進(jìn)作用。
科學(xué)家研究成功，引起了世界科學(xué)界的關(guān)注，近期我們的科學(xué)家的相關(guān)論文，已經(jīng)在【先進(jìn)功能材料】期刊上面發(fā)表，這是一個國際著名的期刊，中國科學(xué)家正在繼續(xù)努力，他們希望能夠研究出更加高效材料，我們等待他們的好消息。
目前電動車的封裝形式無非就是三種，圓柱，方形和軟包電池三，那么每種不同封裝形式電池的優(yōu)勢劣勢又有哪些呢？
其實(shí)提到圓柱電池首先想到車型就是特斯拉。當(dāng)然圓柱電池的應(yīng)用很廣，型號也很豐富，只不過有著特斯拉的大名為前提，我們最熟悉的也就是它的18650和27100兩種型號。拿18650舉例來說，18代表的是電池的直徑，65代表的是電池的高度，0則代表它是圓柱電池，那么27100自然也同理。
18650電池的歷史最早可以追溯到1992年，那個時候的18650大部分被應(yīng)用在數(shù)碼產(chǎn)品上。所以最主要的優(yōu)勢就是技術(shù)成熟，所以18650擁有著更高的良品率，且PACK的成本也能得到有效控制。而且當(dāng)時18650的能量密度就已經(jīng)達(dá)到了現(xiàn)在寧德時代NCM811的水平，所以對于剛剛起步期的特斯拉來說，18650無疑就成為了最佳的選擇。
相較于方形硬殼電池，圓柱電池的空間利用率明顯更差，不過好在可以利用圓柱體中間的空隙流通冷卻液，也算是“廢物利用”的一種。
當(dāng)然18650的劣勢也不能忽視，一個是18650電池采用了金屬外殼加上單體電池容量較小，為了滿足容量需求只能通過數(shù)量的大幅度增加來彌補(bǔ)，那么更大的數(shù)量對于BMS電池管理系統(tǒng)要求更高。拿特斯拉上7000節(jié)18650來說，目前也只有特斯拉的BMS電池管理系統(tǒng)才能滿足如此數(shù)量的運(yùn)算要求。這也是國內(nèi)沒有廠家用18650的原因之一。
不過，目前18650礙于已經(jīng)發(fā)展到極限，隨之便誕生了最新的21700，未來特斯拉Model 3便會采用21700電池。相較于18650來說，21700個體體積更大，電池能量密度提升近20%。同時隨著技術(shù)的發(fā)展，21700的成本也明顯低于18650。
當(dāng)然21700也并不完美，真正了解電池的朋友們肯定知道這樣一組數(shù)據(jù)，電池容量每上升10%，電池的循環(huán)壽命就會降低20%，充放電倍率就會下降30%-40%，電芯溫度會上升20%，所以這意味著需要運(yùn)算能力更強(qiáng)的BMS電池管理系統(tǒng)來對電池進(jìn)行有效的控制。就目前國內(nèi)BMS技術(shù)水準(zhǔn)來說，想要用上21700電池著實(shí)還是需要一段路要走。
可以說方形硬殼電池是目前國際領(lǐng)域應(yīng)用面最廣的電池PACK形式，國內(nèi)目前主流的蔚來，吉利等一系列新能源車企均采用方形硬殼電池，而國際傳統(tǒng)大廠如奧迪，寶馬等也均采用方形硬殼電池解決方案。方形硬殼電池應(yīng)用面廣的最主要原因之一就是其供應(yīng)商也更多且技術(shù)難度相對較低，國內(nèi)絕大多數(shù)電池供應(yīng)商均選擇研發(fā)方形硬殼電池。比如大名鼎鼎的寧德時代就是主要提供方形硬殼電池的供應(yīng)商。
方形電池優(yōu)勢除了剛剛說的供應(yīng)商豐富之外，它的可定制化程度也更高，同時方形的空間利用率相對圓柱電池也更高，但問題在于外層的硬質(zhì)保護(hù)殼會明顯增加電池包的整體重量，所以國內(nèi)類似理想制造ONE都開始以鋁材作為外層保護(hù)殼，有效的保證輕量化從而提升電池能量密度。
與此同時，方形電池的單體容量和體積都更大，單體數(shù)量自然隨之降低，那么對于BMS電池管理系統(tǒng)的要求也就更低。目前方形硬殼電機(jī)最有代表性就是由寧德時代推出的NCM811，電池密度達(dá)到了170kW/kg。
主要劣勢就在于可定制自由度高，導(dǎo)致制造工藝不統(tǒng)一，每塊電池的差異就會凸顯出來。相對于圓柱電池，方形硬殼電池對于冷卻系統(tǒng)布置的要求也更高。不過隨著國家對于電池標(biāo)準(zhǔn)政策的推出，未來方形電池的差異也會隨之減小。
軟包電池雖然在汽車市場上應(yīng)用的并不多，但我們對它并不陌生。我們的手機(jī)基本上采用的都是軟包電池。
軟包電池的外殼采用的是鋁塑膜材質(zhì)，跟采用鋁殼的方形和圓柱電池相比來說重量更輕。在同等容量下，軟包電池的重量要輕20%，而在同等重量下，軟包電池的容量要比鋁殼電池高50%。所以軟包電池的理論能量密度要更高于方形電池和圓柱電池。
同時，軟包電池最大的優(yōu)勢在于可以進(jìn)行模塊化定制，對于電池放置空間的要求并不高，目前許多PHEV車型都采用的是軟包電池。
不過由于鋁塑膜材質(zhì)無法對電池本體起到保護(hù)作用，所以需要更堅硬的“外殼”來保護(hù)，所以在視覺上軟包電池還是有硬殼包裹。不過定制的軟包電池在形狀上有著更多的想象空間，變化更多，不止局限于矩形。可以組成小型電池組放置在后備廂下方，也可以做成T字形布局。目前可查的也就只有日產(chǎn)軒逸純電和別克的Velite 5了。
由于內(nèi)部為疊片式的軟包電池，一片片軟包電池豎直疊放在一起，所以電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)的布置就需要在每兩片電池中間需要加上一層冷卻片，冷卻液通過注水口注入，填充冷卻片上的管路，循環(huán)流動并帶走熱量，再一次提高了成本。
更主要的原因是軟包電池的工藝不是很成熟，主要技術(shù)都掌握在日韓電池供應(yīng)商手里。再加上可定制化豐富，所以生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和工藝并不統(tǒng)一。更主要的原因國內(nèi)對于生產(chǎn)鋁塑膜外殼的技術(shù)較差，目前主要依賴進(jìn)口，所以成本更高。種種因素導(dǎo)致了軟包電池在市場中的應(yīng)用廣泛度較低。
