鉅大LARGE | 點擊量：899次 | 2021年12月28日
下一代動力鋰電池技術(shù)如何發(fā)展？
十月11-十二日，第三屆全球新能源與智能汽車供應(yīng)鏈創(chuàng)新大會在南京舉辦。在十月十二日上午舉辦的“下一代動力鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化之路”主題峰會上，我國電池工業(yè)協(xié)會副理事長黃學(xué)杰對下一代動力鋰離子電池的技術(shù)趨勢進行了深入分析。
以下為核心觀點摘要：
總的來看，動力鋰離子電池技術(shù)大致可以分為三代，以正極材料來劃分，一代正極材料，一代動力鋰離子電池。2010年的時候是第一代動力鋰離子電池技術(shù)，重要是錳酸鋰正極材料；第二代動力鋰離子電池重要是三元鋰電和磷酸鐵鋰作為正極材料，現(xiàn)在是風(fēng)景正好，兩種技術(shù)各有優(yōu)缺點，都要繼續(xù)提升。
未來動力鋰離子電池技術(shù)，長遠(yuǎn)來看是全固態(tài)電池，近期來看是是現(xiàn)有電池技術(shù)在材料上的持續(xù)創(chuàng)新,電池的正負(fù)極材料、電解液\隔膜等材料技術(shù)，都還有繼續(xù)往前走、繼續(xù)提升的可能。
因為全球鈷資源緊缺，三元電池降鈷是大趨勢。此外，三元電池還有降鎳和升鎳不同的技術(shù)路線，降鎳是把三元變成二元的鎳錳酸鋰；升鎳則是做高鎳電池，讓電池能量更高。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
從技術(shù)研發(fā)展來看，無論是鐵鋰還是三元，今天都已經(jīng)看到了能量密度提升40%的可能性，以及成本進一步降低的可能性,即在幾年內(nèi)出現(xiàn)第三代鋰離子動力鋰離子電池。
以下為發(fā)言整理：
什么叫下一代動力鋰離子電池？從過去10多年的發(fā)展過程來看，電池技術(shù)發(fā)展迭代得很快。正因為電池技術(shù)的進步，讓車輛的電動化程度得到快速的提升?？偟膩砜?，動力鋰離子電池技術(shù)大致可以分為三代，都以正極材料來劃分，一代正極材料，一代動力鋰離子電池。2010年的時候是第一代動力鋰離子電池技術(shù)，重要是用錳酸鋰作為正極材料，典型的車輛是日產(chǎn)聆風(fēng)，一次充電里程在200公里左右。今天第一代動力鋰離子電池已經(jīng)走向了低速車和兩輪車為重要應(yīng)用。
今天，大家買電動汽車總是問是三元的還是鐵鋰的，這是三元和鐵鋰離子電池均是第二代動力鋰離子電池技術(shù)，基于第二代正極材料即磷酸鐵鋰和鎳鈷錳(鋁)三元氧化物正極材料?，F(xiàn)在電動汽車一次充電里程比第一代新增了一倍多，第二代電池現(xiàn)在是風(fēng)景正好，鐵鋰離子電池應(yīng)用從大車到小車，從動力到儲能，三元電池驅(qū)動純電動汽車的續(xù)航里程不斷提升，已經(jīng)升到600-700公里。三元和鐵鋰離子電池各有優(yōu)缺點，鐵鋰離子電池安全性高，成本低一些，但車輛續(xù)駛里程不夠長，三元電池使車輛的里程變長，但還是貴了一些，安全性要進一步提升，所以要接著往前走。
我們現(xiàn)在講的下一代動力鋰離子電池技術(shù)，我的理解就是第三代。第三代動力鋰離子電池技術(shù)是什么？遠(yuǎn)期的目標(biāo)是全固態(tài)鋰離子電池。近期來看，是現(xiàn)有鋰離子電池技術(shù)在材料上的持續(xù)創(chuàng)新。
正極材料還有沒有往前走的可能？有。從錳酸鋰開始，后面還有什么可以用作正極材料？有高電壓的尖晶石鎳錳酸鋰和高比容量的鎳酸鋰。負(fù)極材料，也能往更高比容量的方向走。
但第二代到第三代動力鋰離子電池技術(shù)的提升，不太可能像之前一代走向二代相同，帶來續(xù)航里程的翻倍上升。動力鋰離子電池技術(shù)從第二代到第三代，預(yù)期續(xù)航里程上提升50%左右，成本下降50%左右。
因此，第三代動力鋰離子電池技術(shù)中，相較于續(xù)航里程等性能的提升，成本下降更重要。降成本的話，材料應(yīng)該往哪個方向發(fā)展？三元材料的種類多，但有一點是很明確的，降鈷是大趨勢。全球鈷資源鈷資源確實是越來越少。鋰資源現(xiàn)在還不太清楚，因為更多的鋰礦正在被發(fā)現(xiàn)，還有更多的鋰在海水里面。
然后是鎳的問題，從儲量來看今后鎳可能也不夠用了。動力鋰離子電池技術(shù)上也有降鎳和升鎳不同的路線。降鎳，是把三元變成二元的，如鎳錳酸鋰離子電池；升鎳的辦法是做高鎳電池，讓材料的比容量更高。下面，重要講一下動力鋰離子電池降鎳和升鎳這兩個技術(shù)方向。
降鎳的技術(shù)方向，關(guān)鍵的材料是鎳錳酸鋰。第一代動力鋰離子電池正極材料錳酸鋰中1/4的錳換成鎳以后，尖晶石結(jié)構(gòu)不變，做成的電池電壓就提高了，它跟石墨配對，電池的電壓能達(dá)到4.5V往上。大家了解，磷酸鐵鋰離子電池的標(biāo)稱電壓是3.2V，三元電池的標(biāo)稱電壓是3.6V，這個能到4.5V，電壓提升了，電池的能量密度就有優(yōu)勢。
如今，三元電池車型的續(xù)航里程能做到700多公里，但是安全性稍微弱一點，價格也偏高一些，磷酸鐵鋰車型的里程也能夠接近600公里，價格會便宜一些。第三代動力鋰離子電池技術(shù)重要解決的就是怎么能夠做到既有很長的里程，又保證安全，還有更低的價格。從技術(shù)原理來看，鎳錳酸鋰離子電池有機會做到更長的里程，更高的性價比，同時更安全，但高壓體系壽命上往往有問題，怎么能夠保證該材料做成的電池具有長壽命。
近20年我們重要在做這個事情。業(yè)內(nèi)有觀點認(rèn)為碳酸酯做電解液不行，我們認(rèn)為是可以的。經(jīng)過十幾年的研發(fā)測試，今天我們還是用碳酸酯，碳酸乙烯酯，碳酸甲酯這些溶劑來配制電解液，還是用石墨負(fù)極，能夠做得比高鎳三元電池的循環(huán)壽命還要好，不僅僅是在室溫下，在高溫下也沒問題，實驗數(shù)據(jù)已經(jīng)充分證明。
我們是怎么做到的呢？過去，鎳錳酸鋰很難實際應(yīng)用，因為給它充電充到4.9V的時候，壽命短的問題出來了，人們還解決不了。我們通過特殊的界面層結(jié)構(gòu)設(shè)計實現(xiàn)突破，即使是在高溫下面，電池也仍然有很好的壽命。就材料來說，（充放電）兩千多次以后還有90%以上的容量，有關(guān)全電池來講，也有兩千次以上的壽命，優(yōu)于今天采用高鎳三元材料的電池。
近年，中科院的研發(fā)團隊，從北京到廣東的松山湖材料實驗室正在做（鎳錳酸鋰離子電池）全鏈條的開發(fā)，從材料的技術(shù)到極片的技術(shù)，電解液也在做一些功能性的調(diào)整，重要是為了克服鎳錳酸鋰離子電池的重要缺點，即高溫下面的循環(huán)壽命問題。解決了壽命問題，該電池其它方面的優(yōu)點都很明顯，高能量密度，高倍率性能，特別是低溫下的高倍率性能，還有成本的優(yōu)勢，也更安全。
從圖表可以看出，跟今天的磷酸鐵鋰離子電池相比，同樣的100Ah的電池，把磷酸鐵鋰換成鎳錳酸鋰做一下改進，負(fù)極不改變，電解液基本成分也不改變，做工、外殼都不要改變，就能夠?qū)崿F(xiàn)電池密度的提升，電池容量同樣達(dá)到100Ah，電池電壓提升了40.6%，這樣電池的單位體積能量提升了40%，成本還能有每瓦時20%左右的降幅。這是材料去鈷降鎳的結(jié)果。
還有一個技術(shù)發(fā)展路徑是升鎳，現(xiàn)在行業(yè)里大家做升鎳正極電池的積極性很高，到全世界去搶鎳資源。因為把三元電池正極里鎳的量提升，正材料比容量可以從160提高到180，繼續(xù)提升到200mAh/g。但這里面也有要解決的問題：做高鎳電池的時候，怎么保證有很好的循環(huán)壽命和穩(wěn)定性。
在國家重點研發(fā)專項的支持下，行業(yè)正在加緊做高鎳電池正極梯度材料研發(fā)。極限在哪里呢？極限是做到全鎳，把鈷完全去掉，做鎳酸鋰離子電池。
從目前第三代電池技術(shù)的研發(fā)來看，無論是磷酸鐵鋰還是三元鋰電，今天都已經(jīng)看到了能量密度提升40%的可能性，以及成本進一步降低的可能性。比如三元電池第三代假如走向鎳酸鋰的升級版，能量密度大概能提升40%，續(xù)航從今天的不到700提升到1000Wh/L；鐵鋰的能量密度同樣可以提升40%，還可以把成本再降20%。
再遠(yuǎn)一點，就是全固態(tài)電池，這是革命性的技術(shù)，科技部重點研發(fā)計劃新能源汽車專項希望通過原理創(chuàng)新開發(fā)出全固態(tài)電池，等下一代600Wh/kg的電池做出來時，動力鋰離子電池不僅僅能開汽車，也應(yīng)能夠滿足電動飛機的動力需求。這就是是我簡要的介紹，請大家批評指正。
