Почему материалы на основе марганца с высоким содержанием лития и твердотельные батареи становятся новым направлением?

Высокие цены на кобальт стали невыносимыми для производителей аккумуляторов, и «декобальтизация» аккумуляторов становится тенденцией.

Недавно компания Panasonic объявила, что она разрабатывает аккумуляторную батарею, не содержащую кобальта. Маск также сказал, что использование кобальта Tesla будет снижено с нынешних 3% до 0%. В настоящее время Model3 совершила крупный прорыв в производстве аккумуляторных батарей, значительно снизив долю используемого кобальта. Положительное содержание кобальта в аккумуляторе составляет всего 2,8%, а в настоящее время оно составляет 8%.

Ввиду все еще высокой цены на кобальт основными мерами предприятий по производству материалов являются внедрение катодных материалов с высоким содержанием никеля и разработка материалов на основе марганца с высоким содержанием лития. Количество кобальта, используемого в этих материалах, будет продолжать уменьшаться, в конечном итоге достигая низкого содержания кобальта или его отсутствия.

Доцент Чжао Шичжэнь из Высшей школы Шэньчжэня Университета Цинхуа однажды сказал, что тройное соединение с высоким содержанием никеля - не единственный выбор, и что следует также учитывать богатое литием марганцевое основание.

С точки зрения стоимости катодный материал на основе марганца с высоким содержанием лития может обеспечивать содержание кобальта и никеля только около 1/3 от тройного и даже может не содержать кобальта, стоимость на 20-40% ниже, чем тройной. Материалы будущего С обновлением технологий цена на богатый литием марганец будет еще больше снижена.

Помимо уменьшения зависимости от кобальта и никеля, литиевые марганцевые батареи также имеют преимущество высокой плотности энергии, теоретическая удельная емкость разряда может достигать более 400 мАч / г, удельная энергия батареи может достигать более 400 Втч / кг.

План действий по содействию развитию индустрии автомобильных аккумуляторов предполагает, что к 2020 году удельная энергия нового литий-ионного элемента питания превысит 300 Вт · ч / кг, а к 2025 году удельная энергия элемента новой системы питания должна достигнуть 500 Вт / кг. Для достижения этой цели неизбежна разработка новых, более эффективных и энергосберегающих катодных материалов, позволяющих преодолеть и заменить существующие катодные материалы.

В настоящее время в стране принято считать, что в ближайшем будущем тройной положительный электрод с высоким содержанием никеля и отрицательный кремний-углеродный электрод обеспечивает 300 Вт / кг; среднесрочный (2025 г.) основан на использовании отрицательного электрода на основе богатого литием марганца / Si-C высокой емкости для реализации мономера 400 Вт / кг; Он предназначен для разработки литий-серных и литий-воздушных батарей для достижения удельной энергии мономера 500 Вт · ч / кг.

Богатые литием материалы на основе марганца считаются идеальными для нового поколения катодных материалов литиевых батарей, которые обеспечивают высокую плотность энергии и большой запас хода. В настоящее время ведущие компании по производству катодных материалов и производители аккумуляторных батарей проводят исследования и разработки материалов на основе марганца с высоким содержанием лития, в том числе многие компании, включая Dangsheng Technology, Jiangte Motor, AVIC Lithium Battery, Thornton New Energy и Penghui Energy. Запас технологии катодных материалов на основе литий-марганца.

Dangsheng Technology заявила, что катодный материал на основе марганца с высоким содержанием лития обладает преимуществами высокой удельной емкости и низкой стоимости, но ему также необходимо искать технические прорывы в решении проблемы производительности цикла и ослабления напряжения.

Что касается технологических достижений, Институт физики Китайской академии наук улучшил спад напряжения цикла положительного электрода на основе марганца с высоким содержанием лития, достигнув цели по снижению затухания напряжения до менее 2% через 100 недель, и добился значительного прогресса. Команда Пекинского университета впервые разработала положительный электрод на основе марганца с высоким содержанием лития с удельной емкостью 400 мАч / г, позволяющий достичь целевого показателя в 400 Втч / кг.

После восьми лет исследований и разработок батарея на основе марганца с высоким содержанием лития теперь готова к индустриализации. Это единственная компания в отрасли, которая производит батареи на основе марганца с высоким содержанием лития. 28 мая мощный литий-марганцевый аккумулятор Yanyou прошел строгую национальную инспекцию. В настоящее время стабилизировано производство аккумуляторов мощностью 200-220 Втч / кг. Ожидается, что удельная энергия производства в 2018 году достигнет 260 Втч / кг. Его продукция в основном используется в области легковых автомобилей высокого класса. Планируемая производственная мощность марганцевой аккумуляторной батареи Yiyou Power составляет от 250 до 300 миллионов ватт-часов.

Чен Гуансен, генеральный директор Yanyou Power, сказал, что богатые литием марганцевые силовые батареи сочетают в себе преимущества манганата лития, тройного лития и фосфата лития-железа. Ожидается, что в ближайшие два-три года марганцевые батареи с высоким содержанием лития станут одним из основных продуктов.

Однако, несмотря на то, что богатая литием марганцевая основа добилась определенного прогресса, от индустриализации еще предстоит пройти долгий путь. Оуян Мингао, академик Китайской академии наук и исполнительный вице-президент China Electric Vehicles 100, сказал, что богатые литием марганцевые основы должны продолжать углублять фундаментальные исследования. Текущее время индустриализации - около 2025 года.

В настоящее время полное применение положительного электрода на основе марганца с высоким содержанием лития связано с техническими проблемами уменьшения первой необратимой потери емкости, повышения быстродействия и продолжительности цикла, а также подавления спада напряжения в циклическом процессе. Кроме того, у нынешних литиевых батарей на основе марганца все еще есть проблема с коротким сроком службы, и их все еще трудно встретить с автомобилем.

Литиевые материалы на основе марганца и твердотельные батареи считаются основой основных технологий для батарей следующего поколения. В контексте тенденций высокой плотности энергии и роста цен на кобальт компании добавили больше ресурсов к технологиям следующего поколения, и технический путь - это вопрос жизни и смерти. Так кто же является основным направлением разработки литиевых батарей в будущем?

Страница содержит содержимое машинного перевода.