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鋰行業:鋰電池正極材料現狀及未來趨勢

湖南升華科技有限公司  2011-10-28 00:00:00

     2010年9月17日,湘財證券舉辦了鋰行業報告會,邀請了北京大學其魯教授作了《鋰電池正極材料產業化現狀及未來前景》的報告,并就相關問題進行了交流。
  會議報告要點:
  鋰電池的安全性、可靠性問題是產業化過程中決定性的問題鋰電池安全性問題是它本身內部的因素導致的。鋰電池的構成材料主要有正極材料、負極材料、隔膜、電解液等,正極材料對安全性影響非常大。鋰電池的結構決定了使用的材料與傳統的干電池、一次電池是不一樣的。鋰電池是高容量、高電壓、高能量密度的電池。高能量密度是由于高電壓、高容量導致的,高電壓就使得傳統的電池技術無法使用;電解液使用的是一種非質子性的、非水溶液性質的耐高壓的有機電解液,隔膜材料都是用的高分子材料,負極材料都是用的碳質的負極材料。這些物質在空氣當中都是非常易燃的。這就是鋰電池的安全性問題的一個最主要的原因。北京奧運會50輛使用盟固利錳酸鋰電池的公交車圓滿完成奧運任務后又在北京的市區內運行了兩年多,一切都正常;上海世博會的更大規模的120輛電動車也按照我們預計的正常在運行,沒有出現安全性問題。電動公交車、出租車、普及到家庭用車就是時間的問題了。當然電池需要做得更安全,因為內部的因素還沒有完全消除掉爆炸的因素,目前運行的時間和規模還不足以證明安全性問題都解決了。
  各種正極材料未來發展方向構成鋰電池的各種各樣材料里面,正極材料是非常重要的。對于正極材料,鈷酸鋰是目前便攜式電子產品電池主要用的材料、尖晶石結構的錳酸鋰是我們北京奧運、上海世博電動公交車上使用的正極材料,鎳酸鋰是高功率的材料,現在主要用到混合動力車、電動工具上的正極材料。這三種正極材料在過去的20年中,鈷酸鋰依然起著重要的作用,今后的錳酸鋰和鎳酸鋰會發展的比較快。還有一種正極材料磷酸亞鐵鋰,我們沒有把它作為一個發展的重點。對尖晶石錳酸鋰和磷酸亞鐵鋰的特性做個比較:

(1)電壓。錳酸鋰的充放電電壓都比磷酸亞鐵鋰高多了,這是一個很重要的特性。未來電池發展的趨勢就是做的更小更輕,如何實現這一點,很重要的一點就是電壓要高,電壓高能量密度就高了。從能量密度方面考慮,錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰的體積能量密度和重量能量密度都是有著明顯的優勢的。低電壓的材料不是一個發展的趨勢。

(2)低溫性能。在低溫情況下,在零下20度的時候,磷酸亞鐵鋰已經不能工作了,但錳酸鋰僅有一些電壓的下降,容量的衰減非常有限。磷酸亞鐵鋰在這兩個特性方面的缺點就導致了未來不是動力汽車
鋰電池發展的重點。
  決定未來鋰離子二次電池的幾點因素:價格、安全性、重量和體積未來鋰離子二次電池的發展要求更便宜更能夠被消費者接受的價格,才會有更好的市場前景;在電動汽車上使用的電池是不允許出現安全性問題的;未來動力鋰電池重量和體積要向更小更輕發展。
  未來的電池走向:一個是純電動車的電池叫做高容量的電池,一是混合電動車用的電池叫做高功率的電池。這兩個是小型鋰電之外未來發展最快的電池。
  與多元材料電池相比,磷酸亞鐵鋰電池無法解決大電流充放電問題,因而在混合動力汽車應用存在劣勢。

  未來關注的幾點技術動向
1、開發更高電壓的尖晶石錳酸鋰材料。4.5伏以上的尖晶石材料作為第2代材料會在以后推出。
2、負極材料也是很重要的。從理論上講,鋰金屬作為負極材料具有最高的容量密度,但是鋰金屬還有一定的缺陷,現在還無法用到鋰電池上去。現在都是用碳做負極材料,容量只有鋰金屬的十分之一,如果過渡到鋰金屬的負極材料,負極材料的容量就可以提高10倍,未來電池就可以做得更小更輕。我們現在做出來的負極材料,容量遠遠高于現在的碳,穩定性也很好。
3、電池技術。鋰電池從商業化應用到今天,技術沒有發生太大的變化,傳統的思路導致了電池很難在容量上有更大的突破。新的思路可以采用非化學的其它的思路做電池極片。非傳統技術做電池極片,可以做到現在的1/3甚至更薄的厚度,質量更小,就為大幅度提高容量密度鋪平道路。一種新型的氧化物負極高功率電池充放電10萬次都不會有問題。鈦酸鋰負極材料非常有發展前景。

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