鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:973次 | 2020年03月10日
漫漫鋰離子電池征程
縱觀鋰離子電池發(fā)展史,鋰離子電池在汽車領(lǐng)域的初亮相,三位科學(xué)家功不可沒(méi)。首先要提及的是英國(guó)科學(xué)家惠廷厄姆,他采用硫化鈦?zhàn)鳛檎龢O材料,金屬鋰作為負(fù)極材料,制成了世界上首個(gè)新型鋰離子電池。
隨后,美國(guó)科學(xué)家古迪納夫等人發(fā)現(xiàn)錳尖晶石是優(yōu)良的正極材料,具有低價(jià)、穩(wěn)定和優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)鋰性能,而這一材料成為了目前廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)生活中的鋰離子電池正極材料。繼惠廷厄姆發(fā)明了可充電鋰離子電池后,經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)計(jì)算,古迪納夫發(fā)現(xiàn)了比先前的硫化鈦更適合做鋰電子電池陰極的材料——層狀結(jié)構(gòu)的鈷酸鋰。
而日本科學(xué)家吉野彰則在古迪納夫的研究基礎(chǔ)上,發(fā)現(xiàn)了更適合的含鋰化合物陽(yáng)極材料,確立了現(xiàn)代鋰離子電池的基本框架。吉野彰設(shè)計(jì)的鋰離子電池以碳基材料為陽(yáng)極,以鈷酸鋰為陰極,完全去除電池中的金屬鋰,采用了含鋰化合物,提高了安全性。1991年,兩人合作發(fā)明的鋰離子電池被索尼公司推向市場(chǎng),標(biāo)志著鋰離子電池的大規(guī)模使用。根據(jù)正極材料的不同,這種鋰離子電池被稱之為“鈷酸鋰離子電池”。
作為鋰離子電池的鼻祖,鈷酸鋰離子電池作為動(dòng)力鋰電池在電動(dòng)汽車中的應(yīng)用并不多。最早用于特斯拉Roadster上,但由于其循環(huán)壽命和安全性都較低,事實(shí)證明其并不適用作為動(dòng)力鋰電池。為了彌補(bǔ)這一缺點(diǎn),特斯拉運(yùn)用了號(hào)稱世界上最頂尖的電池管理系統(tǒng)來(lái)保證電池的穩(wěn)定性,但仍無(wú)法擺脫安全性的問(wèn)題,尤其是在劇烈撞擊之下。穩(wěn)定性和成本問(wèn)題阻礙著鈷酸鋰離子電池的普及,使其只能應(yīng)用于日常3C產(chǎn)品之中。
隨后,新能源電動(dòng)汽車也經(jīng)歷過(guò)錳酸鋰離子電池時(shí)代,該電池由日本AESC提出,最早應(yīng)用于日產(chǎn)聆風(fēng)之上,價(jià)格低,能量密度中等,安全性也一般的性能,讓其逐步被新的技術(shù)所替代。
磷酸鐵鋰離子電池的問(wèn)世,才算是真正意義上改變動(dòng)力鋰電池生產(chǎn)和使用現(xiàn)狀。相較于鈷酸鋰的層狀不穩(wěn)定結(jié)構(gòu),磷酸鐵鋰離子電池的空間骨架結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定,鋰離子在骨架的通道中也能快速移動(dòng)。同時(shí),更為廉價(jià)的原材料價(jià)格,也讓磷酸鐵鋰制造成本更低。
盡管磷酸鐵鋰離子電池至今仍經(jīng)久不衰,但其能量密度較低也是不爭(zhēng)的事實(shí)。因此,盡管其具有高安全性,但其能量密度低會(huì)導(dǎo)致其裝機(jī)電池重量大,目前更多的是應(yīng)用于新能源客車領(lǐng)域。
但2016年以來(lái),三元鋰離子電池開始進(jìn)入人們的視野。三元鋰離子電池指的是陽(yáng)極材料使用鎳鈷錳三種材料按一定比例混合搭配的鋰離子電池,根據(jù)材料配比的不同分為不同型號(hào),也因此具備了更多的研究拓展方向。
在能量密度方面,三元鋰離子電池明顯地優(yōu)于磷酸鐵鋰離子電池。而且由于研究尚處于開始階段,能量密度的提升甚至技術(shù)的突破可能更多,因此,三元鋰離子電池成為更多廠商的選擇。目前,主流的動(dòng)力鋰電池制造商三星、LG化學(xué)、寧德時(shí)代等都將其作為主攻方向之一。
就目前的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)而言,三元鋰離子電池雖然興起較晚,但作為最新最熱門的動(dòng)力鋰電池選擇,裝機(jī)量仍不斷上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示,2019年1-八月國(guó)內(nèi)動(dòng)力鋰電池裝機(jī)量約38.4GWh,同比上升66%。其中,前八月三元鋰離子電池裝機(jī)電量約為25GWh,同比上升85%;磷酸鐵鋰離子電池在新能源客車和專用車中裝機(jī)量比較大,逐步回暖。