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電池知識(shí)

鋰電池按正極材料分類主要有哪幾種?什么是驅(qū)動(dòng)三元鋰電池發(fā)展的動(dòng)力?

來(lái)源:寶鄂實(shí)業(yè)    2019-05-18 19:50    點(diǎn)擊量:


據(jù)統(tǒng)計(jì),2016-2018年動(dòng)力鋰電池的出貨量和裝機(jī)量均逐年增加。2018年中國(guó)鋰電池出貨量102GWh;其中動(dòng)力電池出貨量達(dá)65.0GWh,占比達(dá)63.7%;數(shù)碼電池出貨量增長(zhǎng)不大,手機(jī)、移動(dòng)電源等出貨量減少,電動(dòng)工具等小3C領(lǐng)域應(yīng)有有所增加,整體占比下滑;儲(chǔ)能增速超過(guò)40%,占比有所增長(zhǎng)。動(dòng)力領(lǐng)域逐漸成為鋰電池的第一大需求產(chǎn)業(yè)。

 


技術(shù)驅(qū)動(dòng)三元鋰電池發(fā)展
正極材料是電池中鋰離子之源,其性能直接關(guān)系到電池性能,是鋰電能量密度的基礎(chǔ),是鋰電池中最關(guān)鍵的功能材料。鋰電池按正極材料分類,主要有三元鋰、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰和錳酸鋰這四種,對(duì)應(yīng)的負(fù)極材料一般都是石墨。2018年,三元鋰電池的裝機(jī)量占比最高,達(dá)58.17%,裝機(jī)量增速同比達(dá)107%;其次是磷酸鐵鋰電池,占比為39%,裝機(jī)量增速同比為23%;而錳酸鋰和鈦酸鋰電池二者合計(jì)不超過(guò)3%,裝機(jī)量呈負(fù)增長(zhǎng)。

 


三元鋰電池的發(fā)展勢(shì)頭之所以如此迅猛,背后靠的是國(guó)家對(duì)新能源汽車補(bǔ)貼政策的不斷調(diào)整變更的因素。對(duì)比2017年新能源汽車補(bǔ)貼政策,2018年補(bǔ)貼在乘用車方面不僅重新劃分了續(xù)駛里程區(qū)間,還對(duì)動(dòng)力電池的能量密度通過(guò)系數(shù)變化和調(diào)檔的方式提出更高的要求,對(duì)于百公里電耗量系數(shù)也分檔進(jìn)行劃分,同時(shí),電池能量密度系數(shù)可以與百公里電耗系數(shù)疊加。
磷酸鐵鋰電池曾是中國(guó)新能源汽車市場(chǎng)上的主流,雖然其充放壽命長(zhǎng),但電池系統(tǒng)的能量密度只在100Wh/kg左右,而三元鋰電池能量密度最高能達(dá)到330Wh/kg。


首先需要明確的是,目前商業(yè)化應(yīng)用的鋰電池如NCM、NCA、LFP、LTO、LMO、LCO等,所制備出來(lái)的單體電芯,其Li含量不過(guò)是1%左右,能量密度也是偏低的。因此鋰電池的終極目標(biāo)還是使用純金屬鋰(Li的理論比容量為3861mAh/g,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前Tesla使用的三元NCA),而鋰空氣電池是無(wú)限接近這一目標(biāo)的工藝方法, 相比于其它電池體系, 鋰空氣電池具有最高的理論能量密度(僅次于 Li/F 電池體系,而 F有毒并且實(shí)驗(yàn)難度大,因此 Li/F 電池體系很難實(shí)現(xiàn)) 。
其構(gòu)成也很簡(jiǎn)單:金屬Li負(fù)極+空氣正極(主要是氧氣)+電解質(zhì),原理理論方面倒不是難點(diǎn)所在,在實(shí)驗(yàn)室中也成功制備過(guò),不過(guò)距離商業(yè)化大規(guī)模運(yùn)用還有很大的差距,需要解決的問(wèn)題很多,比如需要開(kāi)發(fā)抗氧化性強(qiáng)的電解質(zhì)體系和正極材料、開(kāi)發(fā)低價(jià)有效的催化劑、設(shè)計(jì)新型的有利于反應(yīng)物輸運(yùn)的多孔空氣正極、發(fā)展穩(wěn)定的金屬 Li 或者 Li 合金負(fù)極材料和解決空氣中其它氣體的影響問(wèn)題。
雖然有這么多的問(wèn)題還需要解決,不過(guò)隨著鋰電池行業(yè)對(duì)于能量密度需要的不斷提高,發(fā)展鋰空氣電池的商業(yè)化應(yīng)用是今后的必由之路。而且鋰空氣電池這些難點(diǎn)和燃料電池有些相似之處,隨著豐田。本田將燃料電池汽車量產(chǎn)化,其研發(fā)結(jié)果對(duì)于鋰空氣電池的研究應(yīng)用大有幫助,預(yù)計(jì)在2025年左右,鋰空氣電池能夠進(jìn)行商業(yè)化使用。

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