為何鋰離子電池的能量密度有限

由于電動(dòng)汽車的續(xù)航里程短，價(jià)格高，許多潛在客戶都對(duì)它們敬而遠(yuǎn)之。

鋰離子動(dòng)力鋰電池的能量密度已經(jīng)成為其產(chǎn)業(yè)化的瓶頸，美國(guó)、日本、韓國(guó)等國(guó)家都制定了相關(guān)的產(chǎn)業(yè)政策，都提出到2020年能量密度達(dá)到300Wh/kg。日前，在國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)扶持下，寧德時(shí)代新能源科技有限公司成立。研發(fā)團(tuán)隊(duì)占據(jù)高鎳三元材料和硅碳陰極材料等關(guān)鍵技術(shù)中心，率先公開宣布比能(質(zhì)能密度)達(dá)到304Wh/kg的電池樣品，在本次世界大賽中獲勝。

為何鋰離子電池的能量密度受到限制

通過(guò)人都兩脈，彌補(bǔ)正極材料的不足

鋰離子動(dòng)力鋰電池是應(yīng)用最廣泛的新能源汽車動(dòng)力鋰電池，是新能源汽車的核心。其優(yōu)點(diǎn)在于能量密度高，循環(huán)壽命長(zhǎng)，技術(shù)難點(diǎn)在于安全性和安全性要求高，制備過(guò)程繁瑣，生產(chǎn)技術(shù)一直掌握在世界上少數(shù)幾個(gè)國(guó)家手中。

電池的能量密度是指電池每單位體積或質(zhì)量所釋放的電能。目前，能量密度的新增已經(jīng)成為鋰離子電池發(fā)展的最大瓶頸，面對(duì)許多專家級(jí)難題。據(jù)《寧德時(shí)報(bào)》首席科學(xué)家吳凱介紹，電池制造商可以通過(guò)新增電池規(guī)格來(lái)擴(kuò)大電池容量，但電池的肥胖可能會(huì)生長(zhǎng)來(lái)治療癥狀，而不是根本原因。

為何鋰離子電池的能量密度受到限制

是什么束縛了鋰離子電池的能量密度?

據(jù)吳表示，電池背面的化學(xué)系統(tǒng)是重要原因。一般來(lái)說(shuō)，鋰離子電池的四個(gè)部分是非常關(guān)鍵的:正極、負(fù)極、電解液、隔膜。在正極和負(fù)極之間是發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的地方，相當(dāng)于人體的人都兩脈。

因?yàn)楝F(xiàn)在陽(yáng)極材料的能量密度遠(yuǎn)高于陽(yáng)極,陽(yáng)極材料變成了短的桶的下限,鋰離子電池的能量密度取決于陽(yáng)極材料、先進(jìn)材料的能量密度必須不斷提升為陽(yáng)極材料。但我國(guó)高鎳材料發(fā)展起步較晚，技術(shù)相對(duì)薄弱，制備工藝和設(shè)備條件相對(duì)落后。

批量安全供應(yīng)高功能高鎳負(fù)極材料，是高比能電池發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)之一。Berenikeullmann說(shuō),為此,寧德時(shí)間依賴國(guó)家工程研究中心和福建省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)肅的科學(xué)研究平臺(tái),通過(guò)合作協(xié)調(diào)發(fā)展與產(chǎn)業(yè)鏈上游和下游單位,原材料的優(yōu)化工藝條件,提出安全結(jié)構(gòu)、微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)整,操作材料的畫,和規(guī)范分布,逐步完成了國(guó)內(nèi)高鎳材料的規(guī)模化生產(chǎn)和應(yīng)用。

競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的類似材料,比較我國(guó)和韓國(guó),現(xiàn)在國(guó)內(nèi)高密度高鎳材料的可逆容量高,壓實(shí),表面和身體結(jié)構(gòu)是相對(duì)穩(wěn)定的特點(diǎn),將打破日本和韓國(guó)的技術(shù)壟斷,提高國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)水平和國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)力電池中心,集唯一的道路上的絆腳石。

為何鋰離子電池的能量密度受到限制

顛覆傳統(tǒng)，處理陰極材料的硬傷

負(fù)極材料也是鋰離子電池的核心材料之一。隨著對(duì)續(xù)航里程的需求不斷新增，傳統(tǒng)的石墨陰極電池的能量密度已經(jīng)不能滿足市場(chǎng)的希望。

據(jù)估計(jì)，硅基陽(yáng)極材料的比容量可達(dá)石墨陽(yáng)極的10倍，被認(rèn)為是后者的替代品。應(yīng)用傳統(tǒng)硅基材料，首選碳涂層技術(shù)，即表面硅基碳復(fù)合材料層。吳凱介紹，但由于在充放電過(guò)程中硅材料的體積變化多達(dá)300%，涂在表面的碳材料經(jīng)過(guò)幾個(gè)循環(huán)后就會(huì)斷裂、墜落，對(duì)硅材料的保護(hù)用途大大減弱，導(dǎo)致電池的循環(huán)功能不足。