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正极材料之争:富锂锰能否超越三元材料?

来源:电池中国 | 作者:admin | 分类:分析 | 时间:2018-01-09 | 浏览:2548
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锂电网讯:相较于目前业内趋之若鹜的高镍三元电池和全固态锂电池,被寄予厚望的富锂锰基电池领域则一直显得不温不火。

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前途光明的富锂锰基正极材料

电动汽车是解决能源和环境问题的新型战略产品,但目前电动汽车仍面临续航里程短、成本偏高和安全性有所欠缺等问题,严重制约了电动汽车的大规模推广应用。因而,研究开发新一代300-400Wh/kg动力锂电池,是未来锂电材料及技术发展的必然趋势。

同时,从目前的技术来看,通过降低电芯中非活性物质的质量比来提高电池的能量密度,几乎已经达到了技术的极限,采用具有更高能量密度的正负极材料是提高电池能量密度更为有效的技术途径。

我们知道,设计电池的第一准则是容量匹配,也就是正负极的容量要匹配。而目前锂离子电池的正极比容量很低,在电池中的质量非常大(1克石墨负极材料要匹配2克以上正极材料);如果用硅碳负极,正极材料的匹配量更大。因此,行业对于新一代高容量正极材料的需求显得尤为迫切。

在已知正极材料中,富锂锰基正极材料放电比容量达250毫安时/克以上,几乎是目前已商业化正极材料实际容量的两倍左右;同时这种材料以较便宜的锰元素为主,贵重金属含量少,与常用的钴酸锂和镍钴锰三元系正极材料相比,不仅成本低,而且安全性好。因此,富锂锰基正极材料被视为下一代锂动力电池的理想之选,是锂电池突破400瓦时/公斤,甚至500瓦时/公斤的技术关键。

日前,中国科学院院士、中国电动汽车百人会执行副理事长欧阳明高在一场“热点问题交流会”上表示,就国内动力电池主要技术的进展来看,2020年动力电池单体300瓦时/公斤的目标是可以做到的。“到2025年,我们希望冲击400瓦时/公斤的目标,这时候要改变的是正极材料。可选的正极材料有好几种,目前新能源汽车重点专项取得突破性进展的是高容量富锂锰基正极材料。”欧阳明高说道。

道路曲折的富锂锰基动力电池

虽然富锂锰基正极材料具有放电比容量的绝对优势,但要将其实际应用于锂动力电池,必须解决以下几个关键技术问题:一是降低首次不可逆容量损失;二是提高倍率性能和循环寿命;三是抑制循环过程的电压衰减。目前解决这种材料问题的手段很多:包覆、酸处理、掺杂、预循环、热处理等方法,但是这些方法只能在某些方面提升材料的性能,还没有万全之策。也因此,有业内人士甚至预测,实现富锂锰基动力电池的产业化应用并不现实。

可以看见,前景虽美好,但是富锂锰基动力电池距离实际应用还有很远的路要走。但电池中国网也了解到,国内对富锂锰基材料的研究自2010年开始升温以来,一些科研单位及电池