鉅大LARGE | 點擊量:3167次 | 2018年05月04日
幾種新型鋰電池
鋰電池包括一次鋰電池和二次鋰電池,顧名思義,后者可循環(huán)使用而前者是一次性的。一次鋰電池技術(shù)較為成熟,但只在一些特定用途上應(yīng)用。二次鋰電池包括鋰離子電池、釩鋰電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等多種。學(xué)術(shù)范疇上講的鋰電池僅指一次鋰電池,而大家所俗稱的鋰電池實際上是指鋰離子電池。
當(dāng)前盛行的鋰離子電池最主要特點是正極材料采用含鋰的氧化物,如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳酸鋰(即俗稱的三元材料)、磷酸鐵鋰(學(xué)名為磷酸亞鐵鋰)等。釩鋰電池、鋰硫電池和鋰空氣電池的共同特點是負(fù)極采用鋰金屬,但正極材料卻各不相同,其中釩鋰電池的正極材料采用釩氧化物,鋰硫電池的正極材料是單質(zhì)硫與一定量的導(dǎo)電材料的混合物,而鋰空氣電池則是以空氣中的氧氣作為正極反應(yīng)物。在后3種二次鋰電池中,釩鋰電池已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,鋰硫電池也即將實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,而鋰空氣電池還處在研發(fā)階段,離產(chǎn)業(yè)化距離較遠(yuǎn)。
目前,中國關(guān)于要大力發(fā)展鋰硫電池的呼聲很高,這主要是受美國、日本和德國等國政府的影響。鋰硫電池技術(shù)開發(fā)一直走在全球最前列的美國,美國能源部于2010年投入500萬美元資助鋰硫電池的研究,并持續(xù)加大投入力度,計劃2013年開發(fā)出能量密度達(dá)到500Wh/kg的鋰硫電池產(chǎn)品。日本政府為了繼續(xù)保持在鋰電池領(lǐng)域的領(lǐng)先地位,也把鋰硫電池作為本國車用動力電池技術(shù)的主要研究方向之一,計劃到2020年開發(fā)出能量密度達(dá)到500Wh/kg的鋰硫電池產(chǎn)品。德國在鋰離子電池領(lǐng)域看不到追趕東亞三國的希望,于是舉全國之力開發(fā)鋰硫電池,希望能在2020年前后推出商業(yè)化的500Wh/kg產(chǎn)品,而德國研究界定下的鋰硫電池能量密度目標(biāo)則更高,達(dá)到1000Wh/kg。
盡管鋰硫電池是下一代二次鋰電池發(fā)展的一個重要方向,值得密切關(guān)注,但中國政府和企業(yè)在二次鋰電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)發(fā)展方面,未來幾年之內(nèi)還是應(yīng)該把重心放在鋰離子電池身上。因為在二次鋰電池市場,可以肯定的是,鋰離子電池將在今后較長時期內(nèi)都會占據(jù)絕對壟斷地位。具體原因如下:
第一,技術(shù)已經(jīng)很成熟的鋰離子電池還有很大的技術(shù)進(jìn)步空間。鋰硫電池之所以被看好,主要是因為它擁有很高的理論能量密度:單質(zhì)硫比容量高達(dá)1675mAh/g,質(zhì)量比能量更是高達(dá)2600Wh/kg。但鋰硫電池在技術(shù)開發(fā)方面存在很大的難度,這從德日兩國政府制定的2020年500Wh/kg的目標(biāo)就可見一斑。而技術(shù)已經(jīng)很成熟的鋰離子電池技術(shù),還有很大的技術(shù)進(jìn)步空間。曾經(jīng)人們認(rèn)為鋰離子電池的理論能量密度為250Wh/kg,但隨著富鋰錳基材料(美日又稱固溶體類正極材料)和固態(tài)電解質(zhì)材料等新的材料技術(shù)的成功開發(fā),人們發(fā)現(xiàn),鋰離子電池的能量密度也可以達(dá)到500Wh/kg甚至700Wh/kg,遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破了當(dāng)時認(rèn)為的理論極限。而且,從現(xiàn)在的技術(shù)進(jìn)展來看,500Wh/kg的鋰離子電池產(chǎn)品可望會比同等能量密度的鋰硫電池產(chǎn)品更早實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
第二,在發(fā)展鋰離子電池方面,相關(guān)企業(yè)的重視程度和投入也要比鋰硫電池大得多。鋰硫電池是個新產(chǎn)品,它有沒有發(fā)展前途,有多大的發(fā)展前途,目前階段其實是看不清楚的。這也是為什么很多重量級企業(yè)僅僅是關(guān)注或支持鋰硫電池技術(shù)的開發(fā)而不把它作為主要方向的重要原因。
美國、日本和德國政府非常重視鋰硫電池的發(fā)展,認(rèn)為鋰硫電池很適合電動汽車,但到目前為止,這些國家的主要車企如通用汽車公司(簡稱“通用汽車”,GM)、福特汽車公司(簡稱“福特”,F(xiàn)ord)、豐田汽車公司(簡稱“豐田”,Toyota)、日產(chǎn)汽車公司(簡稱“日產(chǎn)”,Nissan)、大眾集團(tuán)(VW)、戴姆勒—奔馳汽車公司(Mercedes-Benz)、寶馬汽車公司BMW)等卻并未傳出要重點開發(fā)鋰硫電池產(chǎn)品的消息,相反,他們在以實際行動重點開發(fā)鋰離子電池技術(shù)。豐田已經(jīng)開發(fā)出可以量產(chǎn)的全固態(tài)鋰離子電池技術(shù),通用汽車把重心放在了全固態(tài)鋰離子電池和使用富鋰錳基材料的鋰離子電池技術(shù)的開發(fā)上,在發(fā)展純電動汽車(EV)方面態(tài)度最為積極的日產(chǎn)也在重點開發(fā)使用富鋰錳基材料的鋰離子電池技術(shù)。
全球知名的鋰電池企業(yè)如松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社(簡稱“松下”,Panasonic)、索尼株式會社(Sony)、LG化學(xué)(LGChem.)公司、三星SDI(SamsungSDI)公司等也大致持有相同的態(tài)度,它們雖然基本上都在開發(fā)鋰硫電池技術(shù),但重心都在鋰離子電池身上,這從2個方面足以證明:一是這些企業(yè)近幾年都在持續(xù)投入巨資擴(kuò)充鋰離子電池產(chǎn)能,二是這些企業(yè)只是不斷發(fā)布新的鋰離子電池技術(shù),但卻幾乎沒有鋰硫電池的研發(fā)成果發(fā)布,更不用說鋰硫電池的產(chǎn)業(yè)化規(guī)劃。
第三,鋰離子電池產(chǎn)業(yè)配套體系建設(shè)比鋰硫電池要發(fā)達(dá)和完善得多。自1991年索尼發(fā)布全球第一只商業(yè)化鋰離子電池以來,經(jīng)歷20余年的發(fā)展,鋰離子電池產(chǎn)業(yè)已經(jīng)形成了非常發(fā)達(dá)和完善的產(chǎn)業(yè)配套體系,一大批頗具實力的企業(yè)參與其中,做著各種不同的工作。真鋰研究的不完全統(tǒng)計表明,參與鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈(包括下游應(yīng)用在內(nèi))的世界500強(qiáng)企業(yè)就有超過100家之多。而在鋰硫電池方面,雖然美國PolyPlus早在1999年10月便對外宣布開發(fā)出較為成熟的新型鋰硫電池產(chǎn)品,但到現(xiàn)在為止,也僅有美國Polyplus、SionPower、Moltech,英國的Oxis及韓國三星集團(tuán)等少數(shù)幾家企業(yè)介入到了鋰硫電池產(chǎn)業(yè)中,其中只有三星集團(tuán)是大企業(yè)。兩相對比不難發(fā)現(xiàn),對企業(yè)而言,開發(fā)500Wh/kg的鋰離子電池產(chǎn)品比開發(fā)同等能量密度的鋰硫電池產(chǎn)品,成功的希望要大得多,也要簡單得多。
真鋰研究認(rèn)為,對于中國政府而言,在鋰電技術(shù)的開發(fā)方面,雖然政府應(yīng)該具備超前的眼光而重視鋰硫電池技術(shù)的發(fā)展,但未來3~5年之內(nèi)還是應(yīng)把重心放在新型鋰離子電池技術(shù)的開發(fā)上。原因不只是上述3點,更重要的是這樣做可以與中國企業(yè)的技術(shù)開發(fā)工作相銜接,使政府工作不至于脫離產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實際。日本人普遍認(rèn)為中國企業(yè)一般不會去參與那些3年之內(nèi)無法獲利的鋰電池技術(shù)開發(fā)工作,而事實上也確是如此。
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