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新型高能量密度电池电极材料亟待攻关

2018-01-10 14:16:56来源:新能源汽车网作者:综合报道 我要评论(
 
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  为了满足新能源汽车和电网储能等国家重大应用需求,在满足安全、环保、成本、寿命等基本条件下,研究开发具有更高能量密度和快速充放电能力的下一代锂离子电池意义重大。


  安徽省新能源产业链建设已初具规模,但目前还停留在较低能量密度的磷酸铁锂产业化阶段,因此开展高能量密度新型锂离子电池电极材料的研究和产业化技术开发十分急需,这将有利于安徽省新能源产业链建设完善和可持续发展,还可促进中部地区新能源汽车与储能领域的快速发展。


  一直以来,我们都在与国轩高科进行合作,共同研究相关新能源研发项目,努力为这个领域培养创新型人才,推动国家新能源汽车产业发展。目前,新能源汽车的续航里程已经实现了翻倍的目标。


  2015年在新能源汽车研发试点专项中,科技部对动力型电池的功率密度做出相应的要求,到2020年单体电池能量密度实现300Wh/kg,进一步提升锂离子电池的功率密度,不断提高电子的传导速率和提高锂离子的扩散速率。


  在介尺度结构锂离子电池正极材料制备与性能调控方面,有一些典型的案例,比如在一维介尺度结构富锂锰基正极材料方面,利用金属离子溶剂化效应来调控多元金属盐共沉淀反应的动力学,制备一维介尺度结构富锂锰基正极材料,纳米晶粒之间彼此搭桥融合连接成一维多孔介尺度结构,加快锂离子、电子迁移速率,提高材料倍率和循环性能。


  但是也存在一些问题,比如首次不可逆容量损失大、倍率性能与循环性能较差。值得关注的是,富锂锰基电极材料的形貌会影响其电化学性能。此时,一维空心结构是缓解大体积应变的一种有效的方法。


  在介尺度结构锂离子电池负极材料制备与性能调控方面,石墨负极材料应用已经成为电池行业的热点话题,石墨负极材料具备导电性能好、热稳定性好、可塑性好、化学稳定性好等优点。同时也存在局限,比如锂离子嵌入脱出量有限,理论比容量低,安全问题等。


  综合来看,首先,三元(NCM、NCA)、富锂、高电位镍锰等材料因其较高的能量密度有望成为解决纯电动汽车续航里程不足的突破口,并且因其优异的电化学性能必将扩大其在动力电池和储能技术市场上的应用;其次,调控多元金属离子共沉淀反应成核结晶反应的动力学,揭示了锂离子电池多元正极材料的介尺度结构形成、演化和定向调控机制,阐明反应和传质的协同作用对材料介尺度结构和电化学性能的调控规律;再次,利用金属集流体基底来调控制备过渡金属氧化物多级结构阵列薄膜作为锂离子电池负极,并与相关正极材料匹配构建高性能全电池。(本文根据作者公开演讲整理,未经本人审阅。)


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