黄学杰:镍锰酸锂正极与锡基负极“前瞻”

发布日期:2020-08-28  来源:高工锂电网

核心提示:中科院物理研究所黄学杰做题为“长续航、低成本和快充型锂离子电池新型正负极材料技术”的演讲。在长续航低成本的正极材料上,黄学杰重点介绍了高电压镍锰酸锂材料。
正极材料是制约锂电池发展的最大障碍。无论是电池中能量密度的提升以及成本的降低,正极材料起着关键性作用。
 
过去十年,镍基正极材料(NCM/NCA)正不断取代LMO/LFP的市场,已经成为电动乘用车用锂离子电池化学体系的主流选择。
 
产业界认为,要使电动汽车性价比达到最佳,电池Pack能量密度应达到235Wh/Kg及500Wh/L,价格为100美元/KWh,届时单体电池能量密度将达到350Wh/Kg/750 Wh/L,价格为75美元/KWh。
 
为了达到这一目标,除了依赖于电池系统组装技术进步、电池控制系统以及冷却系统的进步之外,电池化学体系的技术进步将显得更为关键,通过化学体系的改变,能够直接提高电池的能量密度、通过使用廉价元素降低电池成本。
 
对于动力电池而言,需要考虑能量密度、功率、安全以及寿命等因素,想要在这些点保持平衡也是未来电池设计的重大挑战。不仅需要精细的调整电池材料的组分、微观形貌、结构以及表面特征,还需要考虑电极厚度以及电极孔隙率等多方面因素。
 
此次论坛上,中科院物理研究所黄学杰做题为“长续航、低成本和快充型锂离子电池新型正负极材料技术”的演讲。
 
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在长续航低成本的正极材料上,黄学杰重点介绍了高电压镍锰酸锂材料。
 
数据显示,该材料的电压可以达到4.7v,可逆容量达135mAh/g,材料比能量达635wh/kg,与石墨负极配套的电池比能量达240wh/kg,高于磷酸铁锂和锰酸锂,具备比能量较高、成本更低、安全性较好等明显优势。
 
黄学杰团队的数据显示,而通过材料改性,该材料可以在25℃下,100周循环容量保持率达99.24%,35℃下100周容量保持率达98.65%,优于三元材料,可以解决其寿命问题。
 
目前已经在松山湖建立500kg级的中试线。
 
在负极材料上,黄学杰重点介绍了锡基负极材料,该材料可逆容量可以达到600 mAh/g,高于传统的石墨材料。
 
同时,该材料基于碳纳米管结合,具有结构稳定性,倍率性高,循环性能好的特点。黄学杰介绍,通过碳包覆的锡纳米负极材料,在嵌锂后结构完整,而且锡的体积膨胀明显小于理论体积膨胀率(260%),循环50周后碳管结构完整大部分依旧保持碳包覆的锡纳米线形状。
 
此外,该还能进一步和硅材料结合提升比能量。目前也已经处于逐步走向产业化阶段。

 
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