究竟是什么在背后制約了鋰電池的能量密度？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-05-06 17:03
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電動(dòng)汽車因存在續(xù)航里程短、成本高等問題，許多潛在消費(fèi)者對(duì)其望而卻步。
鋰離子能量密度已成為其產(chǎn)業(yè)化瓶頸，為此美、日、韓等國(guó)都制定了相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，其目標(biāo)均指向“2020年能量密度達(dá)300Wh/kg”。日前，在國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)支持下,寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克高鎳三元材料及硅碳負(fù)極材料等關(guān)鍵核心技術(shù)，率先開發(fā)出比能量（質(zhì)量能量密度）達(dá)304Wh/kg的電池樣品，在這一國(guó)際競(jìng)賽中折桂。
打通“任督二脈”，補(bǔ)齊正極材料短板
鋰離子動(dòng)力電池是目前應(yīng)用最為廣泛的新能源汽車動(dòng)力電池，是新能源汽車的核心部分。其優(yōu)勢(shì)在于能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，其技術(shù)難點(diǎn)在于穩(wěn)定性和安全性要求高、制備過程復(fù)雜，該核心生產(chǎn)技術(shù)一直掌握在世界少數(shù)幾個(gè)國(guó)家手中。
電池的能量密度，是指電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。“目前能量密度的提升，成為制約鋰離子電池發(fā)展的最大瓶頸，面臨著諸多世界級(jí)難題。”寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱說，電池廠家可通過增大電池尺寸來達(dá)到電量擴(kuò)容的效果，但電芯“變胖”或者“長(zhǎng)個(gè)兒”只治標(biāo)，并不治本。
究竟是什么限制了鋰電池的能量密度？
吳凱介紹，電池背后的化學(xué)體系是主要原因。一般而言，鋰電池的四個(gè)部分非常關(guān)鍵：正極、負(fù)極、電解質(zhì)、膈膜。其中正負(fù)極是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的地方，相當(dāng)于人體“任督二脈”。
由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極，正極材料就成為了“木桶的短板”——鋰離子電池的能量密度下限取決于正極材料，所以提高能量密度就要不斷升級(jí)正極材料。但是，我國(guó)高鎳材料開發(fā)起步晚，技術(shù)積累較為薄弱，制備工藝及裝備條件較為落后。
“批量穩(wěn)定供應(yīng)高性能的高鎳正極材料，是高比能量動(dòng)力電池開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一。”吳凱說，為此，寧德時(shí)代依托國(guó)家工程研究中心、福建省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等重大科研平臺(tái)，通過與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作單位的協(xié)同開發(fā)，優(yōu)化原材料合成工藝條件，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)、控制材料形貌和尺寸分布，逐步實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)高鎳材料的規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用。
與日韓競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的同類材料相比，目前國(guó)產(chǎn)高鎳材料具備可逆容量高、壓實(shí)密度高、表面及體相結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，將打破日韓技術(shù)壟斷，提升國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平及國(guó)產(chǎn)動(dòng)力電池核心競(jìng)爭(zhēng)力，打掉創(chuàng)新路上的“第一只攔路虎”。
鋰離子能量密度已成為其產(chǎn)業(yè)化瓶頸，為此美、日、韓等國(guó)都制定了相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策，其目標(biāo)均指向“2020年能量密度達(dá)300Wh/kg”。日前，在國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)支持下,寧德時(shí)代新能源科技股份有限公司研發(fā)團(tuán)隊(duì)攻克高鎳三元材料及硅碳負(fù)極材料等關(guān)鍵核心技術(shù)，率先開發(fā)出比能量（質(zhì)量能量密度）達(dá)304Wh/kg的電池樣品，在這一國(guó)際競(jìng)賽中折桂。
打通“任督二脈”，補(bǔ)齊正極材料短板
鋰離子動(dòng)力電池是目前應(yīng)用最為廣泛的新能源汽車動(dòng)力電池，是新能源汽車的核心部分。其優(yōu)勢(shì)在于能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)，其技術(shù)難點(diǎn)在于穩(wěn)定性和安全性要求高、制備過程復(fù)雜，該核心生產(chǎn)技術(shù)一直掌握在世界少數(shù)幾個(gè)國(guó)家手中。
電池的能量密度，是指電池平均單位體積或質(zhì)量所釋放出的電能。“目前能量密度的提升，成為制約鋰離子電池發(fā)展的最大瓶頸，面臨著諸多世界級(jí)難題。”寧德時(shí)代首席科學(xué)家吳凱說，電池廠家可通過增大電池尺寸來達(dá)到電量擴(kuò)容的效果，但電芯“變胖”或者“長(zhǎng)個(gè)兒”只治標(biāo)，并不治本。
究竟是什么限制了鋰電池的能量密度？
吳凱介紹，電池背后的化學(xué)體系是主要原因。一般而言，鋰電池的四個(gè)部分非常關(guān)鍵：正極、負(fù)極、電解質(zhì)、膈膜。其中正負(fù)極是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的地方，相當(dāng)于人體“任督二脈”。
由于目前負(fù)極材料的能量密度遠(yuǎn)大于正極，正極材料就成為了“木桶的短板”——鋰離子電池的能量密度下限取決于正極材料，所以提高能量密度就要不斷升級(jí)正極材料。但是，我國(guó)高鎳材料開發(fā)起步晚，技術(shù)積累較為薄弱，制備工藝及裝備條件較為落后。
“批量穩(wěn)定供應(yīng)高性能的高鎳正極材料，是高比能量動(dòng)力電池開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一。”吳凱說，為此，寧德時(shí)代依托國(guó)家工程研究中心、福建省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等重大科研平臺(tái)，通過與產(chǎn)業(yè)鏈上下游合作單位的協(xié)同開發(fā)，優(yōu)化原材料合成工藝條件，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，調(diào)整微觀結(jié)構(gòu)、控制材料形貌和尺寸分布，逐步實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)高鎳材料的規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用。
與日韓競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的同類材料相比，目前國(guó)產(chǎn)高鎳材料具備可逆容量高、壓實(shí)密度高、表面及體相結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn)，將打破日韓技術(shù)壟斷，提升國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平及國(guó)產(chǎn)動(dòng)力電池核心競(jìng)爭(zhēng)力，打掉創(chuàng)新路上的“第一只攔路虎”。
