鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:586次 | 2022年12月28日
新能源儲(chǔ)能器件及關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)——鋰電池
核心提示新能源儲(chǔ)能器件之鋰電池(一)
鋰電池以碳素材料為負(fù)極,以含鋰的化合物作正極,沒有金屬鋰存在,只有鋰離子,是一種二次電池(充電電池),它重要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間移動(dòng)來工作。在充放電過程中,Li+在兩個(gè)電極之間往返嵌入和脫嵌:充電時(shí),Li+從正極脫嵌,經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極,負(fù)極處于富鋰狀態(tài);放電時(shí)則相反。當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí),電池的正極上有鋰離子生成,生成的鋰離子經(jīng)過電解液運(yùn)動(dòng)到負(fù)極。而作為負(fù)極的碳呈層狀結(jié)構(gòu),它有很多微孔,達(dá)到負(fù)極的鋰離子就嵌入到碳層的微孔中,嵌入的鋰離子越多,充電容量越高。同樣,當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí)(即我們使用電池的過程),嵌在負(fù)極碳層中的鋰離子脫出,又運(yùn)動(dòng)回正極。回正極的鋰離子越多,放電容量越高。
鋰電池優(yōu)勢(shì)明顯,電壓高單體電池的工作電壓高達(dá)3.7-3.8V;能量大,能達(dá)到的實(shí)際比能量為555Wh/kg左右;循環(huán)壽命長(zhǎng),一般均可達(dá)到500次以上,甚至1000次以上;安全性能好;自放電小,室溫下充滿電的Li-ion儲(chǔ)存1個(gè)月后的自放電率為2%左右;可快速充電。但和其它充電電池不同,鋰電池的容量會(huì)緩慢衰退。
核心提示新能源儲(chǔ)能器件之鋰電池(二)
在全球電動(dòng)汽車市場(chǎng)快速上升帶動(dòng)下,全球鋰電池快速上升。2018年,全球鋰電池產(chǎn)業(yè)達(dá)到412億美元,按容量計(jì)算達(dá)到200GWh。2018年,我國鋰電池市場(chǎng)1700億元,動(dòng)力鋰電池890億元,消費(fèi)類電池750億元,儲(chǔ)能電池占3-4%。從2017年開始,動(dòng)力鋰電池超過消費(fèi)類電池。
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%
關(guān)于動(dòng)力鋰電池行業(yè)來說,2018年全球新能源汽車銷售210萬輛,其中69%為純電動(dòng),31%為插電式混動(dòng)。根據(jù)2017年工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委和科技部聯(lián)合公布有關(guān)印發(fā)《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》,到2020年,新能源汽車年產(chǎn)銷達(dá)到200萬輛,2025年,新能源汽車占汽車產(chǎn)銷20%以上。
核心提示新能源儲(chǔ)能器件之鋰硫電池(一)
鋰硫電池是鋰電池的一種,是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負(fù)極的一種鋰電池。鋰硫電池以硫?yàn)檎龢O反應(yīng)物質(zhì),以鋰為負(fù)極。放電時(shí)負(fù)極反應(yīng)為鋰失去電子變?yōu)殇囯x子,正極反應(yīng)為硫和鋰離子及電子反應(yīng)生成硫化物,正極和負(fù)極反應(yīng)的電勢(shì)差即為鋰硫電池所供應(yīng)的放電電壓。在外加電壓用途下,鋰硫電池的正極和負(fù)極反應(yīng)逆向進(jìn)行,即為充電過程。單質(zhì)硫在地球中儲(chǔ)量豐富,具有價(jià)格低廉、環(huán)境友好等特點(diǎn)。除了能量密度非常高外,鋰硫電池生產(chǎn)成本比較低,在使用后低毒,對(duì)環(huán)境基本沒有污染,回收利用的能耗較小,是一種非常有前景的鋰電池。但最大的劣勢(shì)在于其循環(huán)利用次數(shù)比較低,極大地新增了鋰硫電池的使用成本。
國外鋰硫電池研發(fā)較早,處于產(chǎn)業(yè)化初期。美國SionPower公司,2016研發(fā)制作的鋰硫電池,20Ah,400Wh/kg,1C循環(huán)350次;英國OXIS,2018年研發(fā)制作的鋰硫電池能量密度425-500Wh/kg,循環(huán)低于100次。
目前,國內(nèi)已有部分研究機(jī)構(gòu)制作出鋰硫電池樣品,但距離成為工業(yè)化產(chǎn)品還有很長(zhǎng)的路要走。2018年,中科院大連化物所研發(fā)制作的鋰硫電池,能量密度為609Wh/kg。2019年,北京理工大學(xué)研發(fā)制作的鋰硫電池,能量密度545Wh/kg。但由于鋰硫電池極片載硫量低,體積比能量低,不能滿足工業(yè)化需求;循環(huán)壽命、功率輸出、充電時(shí)間等未能滿足要求;金屬鋰負(fù)極的安全性和長(zhǎng)循環(huán)壽命還未得到很好的解決(鋰枝晶生長(zhǎng),金屬鋰粉化),其產(chǎn)業(yè)化遇到了瓶頸。