Спор о материале катода аккумуляторной батареи

Транспортные средства на новой энергии - это направление развития автомобилей. Силовые батареи - это сердце автомобилей на новой энергии. Их технический уровень и промышленное развитие имеют большое значение для широкомасштабного применения электромобилей. С увеличением концентрации индустрии аккумуляторных батарей и постепенным совершенствованием технологического пути будущие аккумуляторные батареи будут развиваться в направлении более безопасного, длительного срока службы и более высокой скорости зарядки.

В настоящее время существует множество технических направлений для катодных материалов аккумуляторных батарей, в основном с упором на фосфат лития-железа, тройные материалы, оксид лития, кобальта и манганат лития. Затем, с непрерывным развитием технологий, какой путь технологии катодных материалов используется в силовой батарее. Является ли эта область более конкурентоспособной?

1, фосфат железа лития

Благодаря высокой безопасности, длительному сроку службы, обильным сырьевым ресурсам и отсутствию загрязнения окружающей среды, фосфат лития-железа был востребован многими производителями аккумуляторных батарей во главе с BYD. Успех китайской технологии литий-фосфата железа неожидан для основных зарубежных производителей аккумуляторных батарей.

У фосфата лития-железа много преимуществ, но недостатки также очевидны. Помимо чрезвычайно низкой производительности цикла при низких температурах, основным недостатком является его низкая проводимость и плотность отводов, а его удельная энергия составляет всего 120-150 Вт · ч / кг. В конце 2016 года государство ввело субсидию на аккумуляторы в зависимости от плотности энергии, что может помешать разработке литий-железо-фосфатных аккумуляторов. Тем не менее, использование фосфата лития-железа в электрических автобусах незаменимо, и рыночное пространство по-прежнему остается широким.

В настоящее время производители аккумуляторов, использующие фосфат лития и железа, включают BYD, Peking University First, Shenzhen Water Code, Hefei Guoxuan и так далее. В будущем фосфат лития-железа будет развиваться в направлении увеличения плотности энергии. Можно использовать добавки, такие как графен и углеродные нанотрубки, для увеличения пропускной способности или для увеличения напряжения с помощью литий-марганцевого фосфата железа, тем самым увеличивая плотность энергии на 15-20%.

2. Кобальтат лития и никелат лития

Кобальтат лития - первый катодный материал литиевых батарей для коммерческого применения. Первое поколение коммерческих литий-ионных аккумуляторов - это литий-ионные литий-ионные аккумуляторы с оксидом кобальта, которые SONY представила на рынке в 1990 году, а затем они широко использовались в потребительских товарах.

Однако самым большим недостатком кобальтата лития является низкая удельная массовая емкость, а теоретический предел составляет 274 мАч / г. Из соображений структурной стабильности в практических приложениях можно достичь только 137 мАч / г. В то же время из-за относительно низких запасов кобальта на Земле стоимость оксида лития-кобальта высока, и его трудно распространять в больших масштабах в области аккумуляторных батарей.

Подобно кобальтату лития, идеальный никелат лития представляет собой гексагональную слоистую структуру типа α-NaFeO2. Теоретическая емкость катодного материала из никелата лития составляет 275 мАч / г, которая может достигать 180-200 мАч / г, а средний потенциал ввода лития составляет около 3,8 В. По сравнению с кобальтатом лития, никель имеет больший запас, чем кобальт, и относительно дешевле. Однако никелат лития трудно синтезировать, и он имеет плохие характеристики цикла. Никелат лития в чистой фазе нецелесообразен.

3. Манганат лития

Манганат лития очень близок к применяемым в настоящее время оксиду лития-кобальта и тройным материалам. Процесс производства аккумуляторов очень развит. Линия по производству аккумуляторных батарей в основном совместима с существующей производственной линией. В частности, Япония и Южная Корея намерены использовать батареи типа 18650 для формирования силового аккумуляторного модуля. Техническая идея упрощает производство литиево-манганатной аккумуляторной батареи.

Самым большим недостатком манганата лития является его плохая способность к циклическому изменению температуры, но он также имеет свои уникальные преимущества по сравнению с фосфатом лития-железа.

(1) Объемная удельная энергия манганата лития лучше, чем фосфата лития-железа.

Емкость манганата лития примерно на 25% ниже, чем у фосфата лития-железа, но его напряжение на 15% выше, чем у фосфата лития-железа, а плотность уплотнения манганата лития примерно на 40% выше. Следовательно, удельная объемная энергия манганата лития выше, чем у фосфата железа лития на 25-30%.

(2) Консистенция манганата лития лучше, чем у фосфата лития-железа.

Поскольку продукт на основе манганата лития не содержит углерода, рабочие параметры продукта стабильны, а консистенция очень благоприятна для производства аккумуляторных батарей.

В настоящее время Sonny of Japan, China CITIC Guoan, Suzhou Xingheng и другие предприятия разрабатывают и производят литиево-манганатные силовые батареи, и в будущем будет хороший рынок для низкоскоростных электромобилей и электромобилей с малым запасом хода.

4. Тройные материалы

Тройные материалы в основном представляют собой алюминат никель-кобальт-лития (NCA) и никель-кобальт-манганат (NCM). Среди них NCA - это материал с самой высокой удельной емкостью среди коммерческих катодных материалов.

Алюминат никеля, кобальта, кобальта (NCA)

Поскольку Co и Ni имеют схожую электронную конфигурацию, схожие химические свойства и небольшие различия в размере ионов, никелат лития и кобальтат лития могут быть эквивалентно замещены для образования непрерывного твердого раствора и сохранения слоистой структуры α-NaFeO 2, чтобы получить A Более стабильный материал твердого раствора с высоким содержанием никеля, в дополнение к добавлению кобальта, может дополнительно улучшить стабильность и безопасность материала, таким образом образуя трехкомпонентный материал из алюмината лития, кобальта, алюминия.

Хотя NCA имеет высокую удельную мощность, ее недостатки также очевидны. Будущая тенденция развития заключается в разработке NCA с высоким содержанием никеля и низким содержанием кобальта для снижения затрат и увеличения мощности; и разработать реальный NCA высокого давления для увеличения объемного отношения; Кроме того, нанесение покрытия используется для снижения чувствительности NCA к влажности.

В настоящее время в Соединенных Штатах Tesla использует батарею питания катодного материала NCA, технология занимает лидирующие позиции. Японский аккумулятор 18650 с комбинацией NCA и кремний-углеродного анода имеет емкость до 3500 мАч и срок службы более 2000 циклов. Различные признаки того, что NCA положительный. Материалы весьма конкурентоспособны при использовании в аккумуляторных батареях.

Оксид лития, никеля, кобальта, марганца (NCM)

Трехкомпонентный никель-кобальт-марганцевый гидрид (NCM) имеет преимущества высокой удельной емкости, длительного срока службы, хорошей безопасности и низкой цены, но он также имеет недостатки, связанные с относительно низкой платформой и низкой начальной эффективностью заряда и разряда.

В настоящее время никель-кобальт-марганцевый гидрид (NCM) в основном используется в Южной Корее LG, Zhejiang Weihong Power и Zhuhai Yinlong. В будущем тенденция развития NCM будет заключаться в основном в производстве трехкомпонентных материалов с низким содержанием кобальта. Основная причина в том, что кобальт - дефицитный ресурс. Уменьшение суммы может снизить стоимость; Другое направление - разработка слоистого тройного материала с высоким содержанием никеля. Хотя систему с высоким содержанием никеля сложно синтезировать и она склонна к смешиванию лития и никеля, увеличение содержания никеля может значительно увеличить грамм-емкость, а система с высоким содержанием никеля является одним из идеальных материалов для батарей. Кроме того, NCM также стоит обратить внимание на проблему водопоглощения материалов.

На этом этапе некоторые отечественные производители применяют технический способ сочетания тройного анода NCM / титаната лития, чтобы избежать проблемы низкой безопасности и цикличности, вызванной образованием дендритов лития, которые могут существовать в угольном аноде. Батарея питания, производимая этим модулем, обладает характеристиками хорошей безопасности, высокой скоростью заряда-разряда и длительным сроком службы (до 5000-10000 раз), и поэтому привлекла большое внимание в области аккумуляторных батарей.

Подвести итог

Тенденции политики, рынок аккумуляторных батарей будущего является широким, среднегодовые темпы роста рынка аккумуляторных батарей для новых транспортных средств за три года могут составить около 50%, но вся отрасль аккумуляторных батарей является жестко конкурентной, отраслевая интеграция продолжается, мощность Спрос на рынке аккумуляторов будет и дальше концентрироваться на доминирующих компаниях.

Что касается технических решений, то в настоящее время катодными материалами для коммерческих литий-ионных аккумуляторных батарей являются в основном манганат лития (LMO), фосфат лития-железа (LFP) и тройные материалы (NMC). Каждый материал имеет свои преимущества и недостатки, а также свои области применения и потребности рынка. Среди них, электроинструменты, HEV и электрические велосипеды являются основными областями применения LMO. Автобусы и такси, работающие на новых источниках энергии, по-прежнему будут доминировать над LFP. В будущем наиболее вероятная ситуация в области аккумуляторных батарей будет заключаться в том, что фосфат лития-железа и тройные материалы будут идти рука об руку.

Страница содержит содержимое машинного перевода.