2016年十大锂电池技术突破

2017-01-04 20:10:20来源: 电动汽车网 关键字:石墨烯  锂电池

锂电池在我们生活中扮演的角色将越来越重要。从智能手机到电动汽车再到储能,处处可见锂电池的身影。然而,随着这些行业的发展,人们对这些产品提出了更多的需求,也对锂电提出了更苛刻的要求。因此,电池技术突破,尤为重要。目前,锂离子电池能量密度和安全性能亟待提升,锂硫电池、锂空气电池和固态电池都有希望取代锂离子电池,这三种电池技术,是行业研究的热门领域。2016年马上就要走到终点,回顾这一年,OFweek锂电网精心盘点了电池的十大相关科研成果,供大家参考!

突破一:韩国推出新型防火防爆全固态锂电池

韩国蔚山科技大学(UNIST,能源与化学工程学院)Yoon Seok Jun教授与首尔国立大学的。 Seng M. Oh教授牵头的研发团队开发出一种全固态锂电池。开发该电池采用的方法是先将固体电解质熔化,然后将熔化的电解质涂抹在电极上。为了解决粉末状的固体电解质和电极活性材料之间的接触不活跃,使得锂离子更难以移动到电极的问题。该团队还开发出了一种可以增强固体电解质导电性的材料,甲醇液中添加碘化锂(LiI)。

据该团队的Jung教授介绍,新开发的固体电解质具有较高的离子导电性、无毒性。而且所采用电池原料和溶剂(甲醇)价格都比较便宜。

相比于液态锂离子来讲,全固态锂电池在循环性、安全性、功率衰减、寿命以及能量密度上都有明显的优势,而且电压更高,电池模组和系统设计起来更简单。

目前困扰全固态电池实现产业化主要有两个问题:一是固态电解质在室温条件下的离子电导率不高;二是固态电解质与正负极之间界面阻抗比较大。

韩国推出的这款新型电池,在固态电解质的离子导电率上取得突破,而且所用的材料都比较便宜,如果技术成熟的化,将加快固态锂电池投入商用化的进程。

突破二:新型双离子电池技术 成本更低能量密度更高

中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳研究员及其团队研发出新型高储能、低体积电池技术。

据介绍,唐永炳发明的铝—石墨双离子电池,是一种全新的高效、低成本储能电池。这种新型电池,用石墨取代锂电池里的锂化合物,作为正极材料,用铝箔作为负极材料和负极集流体。电解液则由常规锂盐和碳酸酯类有机溶剂组成。

该新型电池在充电过程中,正极石墨发生阴离子插层反应,而铝负极发生铝-锂合金化反应,放电过程则相反。这种新型反应机理,不仅可以显著提高电池的工作电压(3.8-4.6V),同时大幅降低电池的质量、体积、及制造成本,从而全面提升全电池的能量密度(~220 Wh/kg)。

该团队成员表示,500kg的铝-石墨电池的续航里程可达到约550公里,而同等重量的普通电动汽车电池,续航里程最多只有400多公里。新型电池与传统锂电技术相比,铝-石墨电池可将生产成本降低约40%-50%,能量密度提高至少1.3-2.0倍。

在编辑看来,唐永炳唐研究员及其团队研发的这种铝—石墨双离子电池,从现阶段来看具有非常高的应用价值。受“骗补事件”影响,国家对新能源汽车的财政补贴,从明年开始将全面退坡,铝-石墨电池可将生产成本降低约40%-50%,可将补贴退坡对新能源汽车的负面影响完全消除,甚至还能使新能源汽车的价格进一步降低。而续航提升,可缓解人们对新能源汽车的“续航焦虑”。假如该电池技术能够及早成熟,或能对现有动力电池格局造成有力的冲击。

突破三:微宏不燃烧电池技术 或解决电动汽车起火难题

2016年3月19日,微宏在北京水立方举办了“More Than Safe|微宏不燃烧电池技术”发布会。此次发布的不燃烧电池技术是微宏历时8年研发的不燃烧电池技术成果。主要从隔膜耐高温、电解液不燃烧的主动防御,与STL智能热控流体技术的被动防御两个层面解决锂离子电池的安全困局。

研究表明,锂离子电池在发生热失控时,放热量最多的是电解液,因此不燃烧电解液是保证电池不燃烧所要解决的最重要问题。在现场,微宏展示了不燃烧电解液确实不会被点燃。在实现电解液不燃烧之后,高性能隔膜也是保证锂离子电池安全的重要保障。普通锂离子电池隔膜通常熔点较低,在130摄氏度左右便会收缩,从而导致电池的内部短路,发生热失控。微宏提出了耐高温隔膜的思路。与普通的PE隔膜相比,耐高温隔膜熔点更高,可以保证电池即便在300摄氏度的高温下也不会发生收缩,防范电池内部短路,从而避免热失控。在解决了锂离子电池内部的电解液以及隔膜的问题,相当于为不燃烧电池主动设立了防御措施。微宏也还采用浸没方式的STL智能热控流体技术设立了被动防御措施。

STL智能热控流体技术是指将电池组浸没在液体里,利用绝缘导热液体作为绝缘、阻燃、导热性能俱佳的材料,能够在电池组内部发生细微内短路的情况下,快速隔绝热失控点,同时利用液体降低热失控点的温度,最大程度地降 低了电池组安全风险。STL除了安全以外,也能够均衡电池组内部温度差异、并利用外部循环实现更好的温度控制,同时即便电池组漏液,也能及时通过液体检测发现,安全更有保障。

不燃烧电解液与耐高温隔膜两个主动的防御措施,配合STL智能热控流体这一被动防御措施,最终实现了电池系统级别的不燃烧、高安全与高性能。

锂电池容易起火,是因为其热稳定性较差,在200℃左右的外界温度下,就会分解并释放出氧气,与电池里的可燃的电解液、碳材料一起,一点就着。锂电池一旦着火,产生的热量会进一步加剧正极的分解,在极短的时间内就会爆燃。

电池正常使用过程中并不会达到电池燃烧的条件,当锂离子电池的发生内短路时,就会使锂电池热失控,从而导致锂电池自燃。不稳定的设计、环境恶劣以及机械性的损伤等这些外因造成的内短路,可以通过电子器件和机械设计进行避免。但是,由锂电池材料体系及制成工艺等诸多内因造成的的内短路难以控制。

微宏不燃烧电池主要从电解液、锂离子隔膜和热控流体技术三个方面,另辟蹊径,直接阻断燃烧源,最大化避免锂离子电池的燃烧。

突破四:无钴高电压电池材料问世 可降低电池成本

Nano one公司宣布成功研制无钴高电压锂电池阴极材料——高电压尖晶石。该材料只含锂、锰、镍而不含钴元素,与已商业化的含钴电池材料相比,具有输出电压高,寿命长,安全性高,电池容量和放电功率大的特点,同时降低了成本、环保和供应链的风险压力。高电压电池材料重量轻、体积小和成本低的优势将在未来电动汽车和数码产品中发挥重大作用。

纵览市场上的三大电池材料,钛酸锂,成本高,能量密度低;磷酸铁锂,能量密度偏低,成本偏高,输出电压较低;三元材料,不够安全。稍作对比,就能知道这种新电池材料的价值所在,可以说是完美的解决了现在锂电池面临的几大瓶颈。

突破五:新型复合金属锂电极材料问世 突破商业化瓶颈

美国斯坦福大学著名材料学家崔屹与美国前能源部部长、诺贝尔物理奖得主朱棣文组成的研究团队,最近在金属锂电极的实际应用研发方面取得重大突破。

金属锂具有极高的理论比容量和理想的负极电位。以金属锂为负极的二次电池,具有高工作电压、高能量密度等优势,使得金属锂成为当今能源存储领域的首选材料。然而金属锂与电解液的副反应,循环过程中的电极尺寸变化,以及锂枝晶的形成。前者很大程度上降低了电池的库伦效率,影响了其电化学性能;后两者则会给金属锂电池带来严重的安全隐患。

该研究团队经过多次尝试后,他们将目光转向了纳米技术。研究小组对材料表面特殊浸润性进行深入研究后,首次提出了“亲锂性”这一概念,并利用表面“亲锂化”处理的碳质主体材料,通过建立“亲锂”的界面材料体系,开创性地将金属锂融化之后,利用毛细作用吸入碳纤维网络的空隙中,成功制备出含有支撑框架的复合金属锂电极。新研究的复合金属锂电极在碳酸盐电解液体系的循环过程中具有较小的尺寸变化、极高的比容量和良好的循环及倍率性能,其电压曲线也相对平滑,突破了当前制约金属锂电池商业化的主要问题。

复合金属锂电极由10%体积比的碳纤维和金属锂材料组成。碳纤维网络具有良好的导电性,超高的机械强度和电化学稳定性,因此,作为金属锂的主体框架材料是绝佳选择。与之前的相关研究相比,梁正等人将金属锂融化,并依据不同材料的浸润性所提出的“亲锂”“疏锂”概念,为金属锂电极研究提供了新思路,并且对其他领域的研究具有极高的借鉴作用。

在这项科研中,编辑认为,相较于合成新型复合金属锂电极材料这个成果,它们所提出来的“亲锂”、“疏锂”概念的成就更大,因为这个概念为金属锂电极研究提供了新思路,可能会在未来的科研中开发出更优秀的材料,更多的科研成果。

突破六:MIT新型锂氧电池 或解决电动汽车续航“焦虑”

由麻省理工学

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关键字:石墨烯  锂电池

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2017010416772.html
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