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黄云辉:磷酸铁锂能量密度提升尚有很大空间 2元时代将到来

于小龙

10月11日,在合肥中国新能源汽车动力电池材料高峰论坛上,华中科技大学材料学与工程学院院长黄云辉表示,磷酸铁锂电池通过纳米技术和富锂技术等手段而应用,其实际能量密度将会大幅度提升,并且磷酸铁锂电池实现2元/瓦时以下的成本没有问题。

黄云辉在此次论坛主旨发言中表示,磷酸铁锂电池目前做成体系的也就是100Wh/kg左右。现在要发展达到250、260Wh/kg左右新一代产品,下一步其能量密度则要超过300Wh/kg。实现这种高比能磷酸铁锂电池,一方面要从材料本身来考虑问题,另外一方面,也要从电池的制备技术综合考虑。

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华中科技大学材料学材料与工程学院院长黄云辉

磷酸铁锂能量密度提升尚有很大空间

目前从正极和负极这方面来看,国内外厂家所采用的主要是磷酸铁锂的正极材料体系,欧美动力电池市场基本上还是应用磷酸铁锂的多一些,而日本、韩国主要采用三元体系,可以说,目前磷酸铁锂体系的动力电池依然是最成熟、最安全的锂离子动力电池。

尽管,磷酸铁锂它是磷酸盐体系里面能量密度差不多是最低的一种。但如果正极体系里能够把整个正极的核心物质含量提高到30%以上,那么其实际能量密度就会大幅度的提升。比如说富锂体系,其做成电池,单电池能量密度就可以达到300Wh/kg以上,甚至超过三元体系目前所实现的能量密度。

在提高正极材料它的比能量的同时,提高负极材料的比能量也是重大技术突破方向。在目前的磷酸铁锂电池中如果负极材料还是用370石墨的话,实现高比能确实难度比较大。所以现在对于硅基,包括硒基的高比能材料,业内都很看重。

因此,在目前体系下面,如果能把磷酸铁锂充分的做好,能量密度能够达到120Wh/kg左右,这对于电动汽车应则没有任何问题。

负极材料技术突破

在提升磷酸铁锂电池能量密度的工作中,负极材料的改善也关键的环节。目前除了石墨之外,其他有可能作为改善负极材料性能的材料,包括,硅以及各种氧化物添加剂,来添加到目前的传统石墨里面,这个是目前比较可行的方法,而且现在很多公司都已经在采用。黄云辉表示,这些材料作为添加剂添加到负极里面是完全可行的,但添加的量不能太多。

黄云辉透露,目前,我国刚刚启动了能源及车用纳米功能材料的制备与应用关键的863重大项目。这个项目主要做高比能的电池材料。我们提出来单极电池达到能量密度260Wh/kg以上。其中正极材料采用富锂层状和高镍层状正极材料;对于负极材料,也要突破现在传统的石墨体系,所以我们现在选的一个是硬炭,还有硅基材料进行研发。另外,硬炭材料,它的容量也是相当高的,比如我们通过高分子材料作为前躯体制成的一类硬炭材料,就表现出优异的性能。这样做出来的单体电池能量密度要达到280Wh/kg以上。

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此外,黄云辉认为,现在很多做车的专家,他们是希望能够将锂电池能量密度提高到450Wh/kg以上,这是传统的锂电池是根本不可能做到的,目前最现实的是采用锂硫电池,但五年、十年之内其还不可能实现它的产业化生产。

铁锂电池综合性价比最优 2元时代没问题

同时,评价一类电池材料的好坏,除了关注能量度外,在实际中更注重综合性能。在这方面磷酸铁锂电池在未来依旧具备无可比拟的性能。磷酸铁锂正材料的体积膨胀低于7%,是非常非常稳定的正极材料,到目前为止,没有任何一种正极材料的安全性、循环寿命能够比过磷酸铁锂。

尽管,磷酸铁锂在导电性、批次稳定性低温性能方面性能较差,但是看到我国优秀企业目前的工艺和设备,这些问题都能够解决。首先,通过技术改良目前磷酸铁锂正材料的导电性已经在不成为问题。其次,通过大规模的生产,它的材料的稳定性肯定是可以得到保障。另外通过纳米技术的应用,磷酸铁锂正材料的低温性能也可以大幅度提高。

最关键的还是成本,磷酸铁锂电池不同于三元锂电池,需要依托于钴、镍等稀缺金属的应用,磷酸铁锂电池除了锂元素比较贵以外,像铁、磷等元素的获得是非常便宜的。在未来的价格战、资源战中,磷酸铁锂电池拥有一定优势。并且,随着工艺路线进一步成熟,磷酸铁锂电池实现2元/瓦时以下的成本是没有问题的。

作者:于小龙

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