詳解鋰離子電池的正極材料及能量密度
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-06 15:29
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從化學(xué)式也可以看出，摻錳鈮酸鋰是將鈮酸鋰(Li1.5Nb0.5O2)的部分鈮(Nb)和鋰(Li)置換成錳(Mn)而實(shí)現(xiàn)的材料。跟一般用作LIB正極材料的鈷酸鋰、錳酸鋰及三元材料等一樣，屬于巖鹽型(NaCl型)結(jié)構(gòu)(面立方晶格)。但摻錳鈮酸鋰與這些材料的不同之處是，其鋰(Li)原子的排列不成層狀。是在NaCl的氯原子位置插入氧原子、在鈉原子位置隨機(jī)插入過(guò)渡金屬錳原子、或過(guò)渡金屬鈮原子、或鋰原子的結(jié)構(gòu)。
其實(shí)，具有這種結(jié)構(gòu)的氧化物本來(lái)是無(wú)法可逆地去掉鋰原子的。但是，美國(guó)馬薩諸塞工科大學(xué)近年的研究發(fā)現(xiàn)，如果提高鋰相對(duì)于過(guò)渡金屬的組成比，就能解決這個(gè)問(wèn)題。此次，藪內(nèi)等人成功合成的摻錳鈮酸鋰中，過(guò)渡金屬(Mn和Nb)與鋰的組成比為0.7:1.3。通過(guò)將鋰的比例提高到如此之高，就可以插入或去掉鋰。
這樣一來(lái)，在同樣1摩爾的氧化物中，新材料含有比普通層狀巖鹽型正極材料更多的鋰，并且晶體結(jié)構(gòu)中有三維骨架。因此，即使插入或去掉大量的鋰，結(jié)構(gòu)也難以崩潰。據(jù)藪內(nèi)介紹，“初次充電，可去掉大約9成的鋰。并且，其中8成可通過(guò)放電可逆性恢復(fù)”。
新材料的平均電壓在鋰金屬基準(zhǔn)下為3V以上。負(fù)極采用鋰金屬、電解質(zhì)的鋰鹽采用六氟化磷酸鋰、電解質(zhì)的溶劑采用碳酸二乙酯和碳酸二甲酯時(shí)，在電流密度為10mA/g的條件下的質(zhì)量能量密度高達(dá)950Wh/kg。這是質(zhì)量能量密度為100～150Wh/kg的現(xiàn)行EV用LIB的6倍以上。循環(huán)特性方面，目前只實(shí)施了充放電20次的測(cè)試，但“在電壓范圍為1.5～4.2V、電流密度為25mA/g的條件下，容量基本沒(méi)有劣化”(藪內(nèi))。因此，成本“可以比鈷酸鋰低”。
該技術(shù)的實(shí)用化目標(biāo)時(shí)間是5年后。最初瞄準(zhǔn)的應(yīng)用是便攜式電子產(chǎn)品。今后還將研究熱穩(wěn)定性，并提高作為電池材料的完成度。面向?qū)嵱没_立量產(chǎn)技術(shù)也將是一大課題。
據(jù)奔馳高層爆料，三叉星的全新純電動(dòng)車將在一年內(nèi)發(fā)布，意味著最遲將在2016年年底。
負(fù)責(zé)技術(shù)和研發(fā)工作的奔馳董事托馬斯-韋伯（Thomas Weber）博士在法蘭克福國(guó)際車展透露，得益于新型鋰離子電池能量密度的翻倍，新車的續(xù)航里程將達(dá)到400到500公里的水平。韋伯沒(méi)有談及電池組的體積和布置，但表示將在“一年內(nèi)”發(fā)布。
奔馳勁敵奧迪和保時(shí)捷在法蘭克福國(guó)際車展都帶來(lái)了電動(dòng)概念車，并且這些車型都擁有量產(chǎn)計(jì)劃。預(yù)計(jì)奔馳將首先在中大型豪華車和豪華SUV市場(chǎng)推出純電動(dòng)車，因?yàn)橹懈叨撕廊A車消費(fèi)者對(duì)價(jià)格敏感度相對(duì)較低，容易接受新技術(shù)，并且豪華車較大的座艙有利于電池組的布置。
