材料决定锂电池性能 国内企业抓紧布局

2011-01-19 19:27:32来源: 中国电子报

  随着电动汽车的推广,作为其核心技术的动力锂离子电池极其电极材料的研究和产业化日益成为业内关注的焦点,新型电池材料的发展及产业化是提升动力锂离子电池性能并拓展其应用领域的保障。因此,国内不少企业和高校纷纷介入动力锂离子电池材料的研发和生产。

电池性能材料说了算

  寻求高能量密度、高安全、环保和价格便宜的电池材料是动力锂离子电池发展的关键所在。

  中国科学院物理研究所研究员黄学杰在接受《中国电子报》记者采访时表示,材料在锂离子电池成本中占比很大,超过70%,而锂离子电池性能更是材料说了算。因此,寻求高能量密度、高安全、环保和价格便宜的电池材料是动力锂离子电池发展的关键所在。

  深圳市海盈科技有限公司研发部经理陶芝勇表示,锂离子电池材料目前在国内的发展情况良好,其中电极材料产业化程度非常高,而隔膜、铝塑膜方面还需要努力,尤其是铝塑膜,目前严重依赖进口。他分析说,锰酸锂和磷酸铁锂都是动力电池应用的主要正极材料,成本、性能、用途都有共同点和不同点,锰酸锂成本低,制造工艺成熟,安全性好,目前被大量应用在电动自行车和其他类型小容量电池组上;磷酸铁锂材料除了安全性更好以外,循环和高温特性远远优于锰酸锂,缺点是低温性能差和标准电压较低,所以目前两种材料交叉使用比较普遍。但由于磷酸铁锂安全性能突出,长远而言,在高电压高容量方面如电动车电池组上具有优势,目前由于制造工艺不甚成熟和市场化进度慢,磷酸铁锂成本高于锰酸锂,在国内的批次稳定目前仍言之过早。

  同济大学汽车学院副教授魏学哲告诉记者,虽然磷酸铁锂离子电池目前最被看好,但磷酸铁锂电池的比能量较低,且低温特性不够好,而锰酸锂及三元材料锂离子电池技术也都在竞相发展过程中,各种技术途径的最终市场表现仍有待观察。

  中国电池工业协会副理事长兼技术委员会主任王金良给《中国电子报》记者分析了目前国内电池材料的发展情况,他表示,目前用得较多的动力电池正极材料主要是磷酸铁锂和锰酸锂,这两种材料各有优缺点,将在一段时间内共存,因此,国内企业在发展锰酸锂的同时也要发展磷酸铁锂;在负极材料方面,应该重视新材料的开发,如钛酸锂,密切跟踪世界先进技术的发展动向;电解液方面,应加大关键材料的国产化力度,如六氟磷酸锂,目前主要依靠从国外进口,国内企业应加快这方面产业化进度,此外,还要重视电解液中的添加剂的研发;在电池隔膜方面,目前单层膜可以国产化,高端隔膜、复合膜还要从国外进口,国内企业应该重视复合膜的研究和开发。

  至于未来的电池技术,魏学哲表示,可以看到的方向有很多,如高性能层状材料、高性能层状与锰基尖晶石结构复合材料和磷酸盐系材料,具有多电子反应钒系、硅酸盐系,以及高电位型氧化物及新型有机化合物等正极材料;高容量锡基、硅基等合金系负极材料;宽电化学窗口、高电导、高安全性的新型电解质体系和新型隔膜研究等等,但目前大多尚处于实验室研究阶段。

差距拉大形势紧迫

  如果企业没有核心技术和实力,未来的日子会很难过。

  在采访过程中,记者了解到,目前国内动力理离子电池材料产业也不可避免地出现了一哄而上的局面,而且最令人担心的是我国在高端电池材料的研发上与国际先进水平的距离越拉越大,尤其是自主知识产权的新材料体系方面,业内专家表示如果国内电池材料企业仅在低水平无序竞争,则锂离子电池产业的发展令人担忧。

  黄学杰告诉记者,目前新能源汽车的概念在国内被炒得很热,国家相继出台了一些补贴政策,而在新能源汽车项目中,国家的补助都给了做电动汽车的企业了,电池企业根本拿不到多少实际补贴,更别提其上游的材料企业了。他表示,目前国内号称做锂离子电池的企业达到300多家,而做磷酸铁锂材料的企业也达到100多家,如此蜂拥而上,破坏了国内锂离子电池产业的生态环境。这样导致的结果就是,低水平重复建设,竞相压价。因此,大陆目前100多家做磷酸铁锂的电池企业还做不过台湾的3家动力锂离子电池企业。“如果企业没有核心技术和实力,未来的日子会很难过。”黄学杰说。

  王金良也赞同上述观点,他认为,国内电池材料企业要增强技术创新能力,不要觉得某个项目好就一哄而上,一哄而上会使好的企业受到冲击。他建议,国家应该重点扶持有能力、有条件的企业进行产业化开发,加强材料企业与电池企业的联系,密切产学研合作。

  复旦大学化学系吴宇平教授在接受《中国电子报》记者采访时说,动力锂离子电池产业发展关键在于材料,因此国内材料企业必须提高质量,否则电动车开不起来。“这其中当然需要国家的大力支持,如合理分配资源配置,让有后续技术发展和市场拓展能力的企业和高校得到相关项目。”吴宇平说。

  业内人士同时表示,国内企业应该通过政府及其企业的多方向投入,加强多学科包括物理、化学及材料学科等科研人员的合作,深入探索新型材料的研发。进一步提高材料的能量密度、高倍率性能、高低温性能、均匀性和安全性等,满足电动汽车的需要。此外,还要通过技术改造和市场规模扩大努力降低成本。深圳市吉阳自动化科技有限公司总裁阳如坤表示,必须加大力度进行锂离子动力电池的机理研究,这里不是指单纯的电化学特性研究。锂离子动力电池要全面、大规模走向应用,必须解决一些基础问题,这些问题包括:材料特性对电池特性的影响的精确数理研究、SEI膜的生长控制机理研究、电池的热设计、电池的电磁场设计及电池的可制造性设计等。

  北京大学化学与分子工程学院副教授陈继涛

  材料企业对降低成本负有重要责任

  ·磷酸铁锂和锰酸锂各有优缺点,在不同的领域有着不同的应用潜力。

  ·在我国材料国产化的过程是一个较为漫长的认可和技术改进的过程。

  我国在锂离子电池关键材料的研发和生产方面进展快速,在传统正负极材料方面,国产钴酸锂和石墨负极材料已经成为国内电池生产厂家的主要选择,占领绝大部分市场份额,并且已经实现出口。新型正极材料三元素和尖晶石锰酸锂等方面也已经实现批量生产和应用,但在高端性能方面与日本材料还是稍有差距,需要进一步技术攻关。在磷酸铁锂正极材料方面,我国在研发和产业化技术方面基本与国际同步,但投资热情高涨,相关企业如雨后春笋般纷纷成立,不过技术水平和产品性能参差不齐,真正实现高品质磷酸铁锂批量生产和供应的厂家仅有少数几个。

  磷酸铁锂和锰酸锂各有优缺点,在不同的领域有着不同的应用潜力,比较而言,锰酸锂在能量密度、温度特性方面具有一定的优势,但在循环性能和安全性能方面比磷酸铁锂稍逊一筹,所以尖晶石锰酸锂在对能量密度和温度特性要求较高的中小容量电池方面有一定优势,而磷酸铁锂在大容量长寿命型动力电池方面有明显优势。

关键字:电池材料  锂离子电池  电池企业  高低温性能  容量电池

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/2011/0119/article_3092.html
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