鋰電池技術(shù)在進(jìn)步 但缺乏革命性改變

時(shí)間:2015-05-18 09:32來(lái)源:未知 作者:火 凡
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　　近期科技部發(fā)布了《國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃新能源汽車重點(diǎn)專項(xiàng)實(shí)施方案(征求意見稿)》，明確提出動(dòng)力電池的單體比能量2015年底達(dá)到200瓦時(shí)/公斤，2020年達(dá)到300瓦時(shí)/公斤。
 
　　眾所周知，當(dāng)前各種不同材料的鋰電池單體比能量最高也就在200瓦時(shí)/公斤，這已經(jīng)是部分鋰電池的極限，而單體比能量300瓦時(shí)/公斤已經(jīng)超出了部分鋰電池的理論值。未來(lái)鋰電池究竟該走向何方？
 
　　技術(shù)在進(jìn)步 但缺乏革命性改變
 
　　回首過(guò)往十年，鋰電池技術(shù)在不斷進(jìn)步，最為明顯的感受就是電池容量明顯增加了。用過(guò)筆記本電腦的人都知道，2005年筆記本電腦的續(xù)航時(shí)間一般都在2個(gè)小時(shí)左右，差點(diǎn)只有1個(gè)小時(shí)，而現(xiàn)在筆記本電腦的續(xù)航時(shí)間普遍在5個(gè)小時(shí)以上，有的甚至可以達(dá)到10個(gè)小時(shí)。
 
　　技術(shù)進(jìn)步的另一明顯好處就是價(jià)格在不斷下滑。價(jià)格下滑使得鋰電池的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，擠占鎳氫、鎳鎘、鉛酸等二次電池的市場(chǎng)。
 
　　其他方面的進(jìn)步還包括：電池種類不斷豐富，聚合物鋰電池開始占據(jù)行業(yè)主導(dǎo)地位，方形、圓柱形、軟包電池逐步形成三足鼎立之勢(shì)；充電時(shí)間明顯縮短，10年前一塊手機(jī)電池充滿需5-6個(gè)小時(shí)，現(xiàn)在一般只要2-3個(gè)小時(shí)，這還是在容量翻倍的情況下……
 
　　客觀來(lái)看，鋰電池在這十年間的技術(shù)進(jìn)步的確很大，但缺乏革命性的改變。鋰電池與10年前沒(méi)有兩樣：結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生變化，主要配套材料基本沒(méi)有變化。尤其是正極材料還與10年前一樣，還是鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰這四種。有變化的只是不同材料的市場(chǎng)占比，10年前是鈷酸鋰的天下，現(xiàn)在則是鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰四分天下。
 
　　LiCoPO4、Li3V2(PO4)3等高電壓以及高比能量正極材料報(bào)道屢見不鮮，硅負(fù)極、金屬負(fù)極等能夠解決一切問(wèn)題的新型負(fù)極材料頻繁見諸報(bào)端，石墨烯、碳納米管等新材料應(yīng)用于鋰電池也經(jīng)常出現(xiàn)在媒體頭條，玻璃陶瓷、離子液體等新型電解質(zhì)層出不窮。能量密度更高、單位成本更低、循環(huán)次數(shù)更多、充電速度更快……論文有很多，投資也很大，但實(shí)際產(chǎn)品卻還沒(méi)有。
 
　　然而，下游應(yīng)用市場(chǎng)正在發(fā)生根本性變化，手機(jī)已經(jīng)完成了從功能手機(jī)到智能手機(jī)的變革，平板電腦盡管還不能取代筆記本電腦，但已經(jīng)占領(lǐng)了部分市場(chǎng)，電動(dòng)汽車的興起正在引領(lǐng)汽車革命，可穿戴設(shè)備正在快速興起，這些都對(duì)鋰電池提出了更高的要求。
 
　　事實(shí)是，目前鋰電池還達(dá)不到智能手機(jī)、電動(dòng)汽車提出的要求。2005年手機(jī)電池容量只有1000mAh左右，其待機(jī)時(shí)間可以輕松到1周，正常使用2天沒(méi)有問(wèn)題，而現(xiàn)在容量達(dá)到3000mAh的手機(jī)待機(jī)時(shí)間能有2天就不錯(cuò)了，實(shí)際用起來(lái)連一天都堅(jiān)持不了。
 
　　作為消費(fèi)電子產(chǎn)品，手機(jī)充電非常方便，不管是在家還是在單位都很容易解決。而移動(dòng)電源的出現(xiàn)進(jìn)一步解決了外出無(wú)法充電難題，所以手機(jī)電池問(wèn)題還不是很突出。
 
　　但電動(dòng)汽車就完全不一樣了。大部分電動(dòng)汽車的續(xù)航歷程只有200公里左右，這與內(nèi)燃機(jī)汽車500-600公里的續(xù)航歷程相比差距甚遠(yuǎn)，就算是特斯拉也只能達(dá)到400公里，這是增加了大量鋰電池的結(jié)果。
 
　　這還不是最大的問(wèn)題，真正影響電動(dòng)汽車使用的還是充電時(shí)間長(zhǎng)、充電設(shè)施嚴(yán)重不足。正常速度下，電動(dòng)汽車的動(dòng)力鋰電池完全充滿需要4-8個(gè)小時(shí)。如果加快速度的話，可以在1-2小時(shí)內(nèi)充滿，但會(huì)影響到動(dòng)力鋰電池的性能及壽命。
 
　　已有實(shí)驗(yàn)證明，如果一直采用快速充電，動(dòng)力鋰電池的壽命會(huì)驟減至原來(lái)的三分之一，且電池性能會(huì)顯著下滑，安全事故發(fā)生概率大大增加。內(nèi)燃機(jī)汽車則不存在這樣的問(wèn)題，加油或者加氣時(shí)間不超過(guò)5分鐘，安全性和穩(wěn)定性都能夠保證，加上現(xiàn)在加油站非常普遍，使用非常快捷方便。更為重要的是，鋰電池作為汽車動(dòng)力的成本太高，已經(jīng)占到電動(dòng)汽車總成本的一半左右。
 
　　體系嚴(yán)密 牽一發(fā)而動(dòng)全身
 
　　鋰電池看起來(lái)結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，正極材料、負(fù)極材料、隔膜和電解液，再加上電極。事實(shí)上，別看它不起眼，鋰電池材料體系非常嚴(yán)密，真正是牽一發(fā)而動(dòng)全身。如果要?jiǎng)铀呐乱环忠缓�，假設(shè)只是一個(gè)電極換成新材料，沒(méi)有長(zhǎng)年累月的測(cè)試，誰(shuí)也不敢打包票。
 
　　鋰電池從上世紀(jì)七十年代問(wèn)世，到九十年代由索尼實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，再到今天鋰電池已經(jīng)誕生了近半個(gè)世紀(jì)，材料體系發(fā)生了較大變化。正極材料從最初的鈷酸鋰發(fā)展到現(xiàn)在的鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰并行，可謂是進(jìn)步不小。
 
　　但實(shí)際上每種正極材料從發(fā)明到實(shí)際應(yīng)用再到鋰電池量產(chǎn)，至少花費(fèi)了上十年時(shí)間。每種正極材料的改變，就算不改變負(fù)極材料，其電解液的組成以及隔膜都要做出相應(yīng)改變，以達(dá)到最佳匹配效果，同時(shí)還要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的安全測(cè)試，驗(yàn)證其安全性，最后還要經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)化過(guò)程，這樣才能步入市場(chǎng)。不僅如此，其還需要市場(chǎng)檢驗(yàn)和客戶認(rèn)可，同樣需要花費(fèi)時(shí)間。這也是現(xiàn)在鋰電池材料研究非常熱火，各種新材料、新技術(shù)報(bào)道層出不窮，而鋰電池本身進(jìn)步緩慢，材料體系基本沒(méi)有變化的根本原因。
 
　　相比較而言，在不動(dòng)鋰電池材料體系的情況下，在制造工藝以及電池管理技術(shù)上改進(jìn)就容易得多。軟包電池的出現(xiàn)以及鋰電池容量不斷提升就是制造工藝技術(shù)不斷進(jìn)步的結(jié)果。
 
　　同時(shí)，為了滿足可穿戴設(shè)備等新產(chǎn)品的需求，松下開發(fā)出直徑為3.5mm、長(zhǎng)度為1cm的針型鋰電池，三星則推出了直徑3.6mm、長(zhǎng)約20mm的超小型Pin電池。隨著智能手機(jī)柔性化趨勢(shì)凸顯，各種柔性、可彎曲鋰電池產(chǎn)品相繼問(wèn)世。在電池管理技術(shù)方面，特斯拉是其中的典范，其先進(jìn)的電池管理技術(shù)，創(chuàng)造性將超過(guò)6000個(gè)圓柱型鋰電池單體通過(guò)串并聯(lián)方式成組，成功降低了電池成本，提高了儲(chǔ)能效率，為特斯拉引領(lǐng)電動(dòng)汽車變革奠定了基礎(chǔ)。
 
　　未來(lái)路在何方
 
　　盡管特斯拉為電動(dòng)汽車發(fā)展提供了全新的發(fā)展思路，但只是治標(biāo)不治本，在鋰電池性能沒(méi)有明顯提升的情況下，電動(dòng)汽車想大規(guī)模推廣難度非常大。那么問(wèn)題來(lái)了，鋰電池性能如何進(jìn)一步提升？未來(lái)向什么方向發(fā)展？
 
　　筆者認(rèn)為，應(yīng)用市場(chǎng)需求是帶動(dòng)鋰電池進(jìn)步最大的力量。二次電池的發(fā)展歷史充分證明了這一點(diǎn)，鎳鎘、鎳氫等電池的興起在于小型消費(fèi)電池產(chǎn)品市場(chǎng)的帶動(dòng)，而衰落也在于這一市場(chǎng)被鋰電池所蠶食。
 
　　鉛酸電池能夠占據(jù)二次電池最大市場(chǎng)份額，在于其占據(jù)汽車啟動(dòng)電池市場(chǎng)，這也是其經(jīng)久不衰的根本所在，但由于其缺乏新的應(yīng)用市場(chǎng)，鉛酸電池技術(shù)進(jìn)步十分有限，同時(shí)還面臨著鋰電池的強(qiáng)力競(jìng)爭(zhēng)。
 
　　當(dāng)前，鋰電池已經(jīng)完全占據(jù)消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)。隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品不斷發(fā)生變革，鋰電池也在不斷進(jìn)步。由于目前還沒(méi)有出現(xiàn)能夠在消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)與鋰電池競(jìng)爭(zhēng)的二次電池，鋰電池還將占據(jù)消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)很長(zhǎng)一段時(shí)間。
 
　　同時(shí)，鋰電池正在逐步打開在電動(dòng)工具、電動(dòng)自行車、電動(dòng)汽車等動(dòng)力電池市場(chǎng)，為其未來(lái)技術(shù)進(jìn)步提供了良好的動(dòng)力，再加上其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手燃料電池、液流電池等新型電池還處于起步階段，離產(chǎn)業(yè)化還有一段距離，這為鋰電池技術(shù)變革提供了難得的歷史機(jī)遇期。
 
　　因此，筆者認(rèn)為，鋰電池未來(lái)發(fā)展方向應(yīng)該瞄準(zhǔn)動(dòng)力電池、儲(chǔ)能電池，在競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手尚未發(fā)展起來(lái)的機(jī)遇期，通過(guò)提高電池比能量、降低生產(chǎn)成本、增加循環(huán)次數(shù)，積極占領(lǐng)汽車動(dòng)力市場(chǎng)，拓展儲(chǔ)能市場(chǎng)，擠占鉛酸電池市場(chǎng)空間，利用產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢(shì)對(duì)燃料電池、液流電池等新型電池產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程造成影響，進(jìn)而搶占有利競(jìng)爭(zhēng)地位。
 
　　要實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，最根本還在于鋰電池實(shí)現(xiàn)革命性變化。從當(dāng)前鋰電池的材料結(jié)構(gòu)看，正極材料已經(jīng)成為制約其性能提升的最關(guān)鍵因素。
 
　　不管是現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰，還是在研究當(dāng)中的各種新型正極材料，都存在局限性：一是理論比能量有限，相對(duì)于負(fù)極材料而言；二是實(shí)際比能量和理論值還有較大差距；三是鋰電池充電時(shí)間過(guò)快的話就易造成正極材料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。因此，筆者認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)鋰電池革命性變化，必須首先突破正極材料的限制。
 
　　一方面是繼續(xù)開發(fā)全新的正極材料，具備工作電壓高、理論和實(shí)際比能量高、溫度特性好、材料來(lái)源豐富、循環(huán)壽命長(zhǎng)、安全可靠、成本較低等特性，從材料特性以及過(guò)往的正極材料研究歷史看，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)難度非常之大，10年、20年內(nèi)完成的可能性極低。
 
　　二是充分發(fā)揮現(xiàn)有正極材料的潛力，創(chuàng)造性運(yùn)用以納米技術(shù)為代表的新材料制備技術(shù)以及碳納米管、石墨烯等新材料，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有正極材料改性、包覆等手段，改進(jìn)現(xiàn)有正極材料制備工藝，解決當(dāng)前正極材料存在的實(shí)際比能量低、充電時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)成本高等問(wèn)題，加快鋰電池在動(dòng)力市場(chǎng)、儲(chǔ)能市場(chǎng)的應(yīng)用。
 
　　筆者認(rèn)為第二種方法實(shí)現(xiàn)的可能性較大，一是它不需要對(duì)現(xiàn)有鋰電池材料體系做大的改變，只需要細(xì)微調(diào)整，難度低、時(shí)間短；二是納米技術(shù)等新技術(shù)和碳納米管、石墨烯等新材料正在不斷成熟，為其在鋰電池中的應(yīng)用奠定了很好的基礎(chǔ)。
 
　　一旦正極材料實(shí)現(xiàn)突破，也必然要求鋰電池整個(gè)材料體系發(fā)生變化，只有這樣才能實(shí)現(xiàn)鋰電池性能根本性提升。當(dāng)然，隔膜、電解液要實(shí)現(xiàn)突破也是存在難度的，相較而言，負(fù)極材料突破的難度就小得多。另外，電池制備技術(shù)和電池成組技術(shù)進(jìn)步也是必要的，這也是提升鋰電池比能量以及降低成本的重要因素。
(責(zé)任編輯：王杰)
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    正道新能源：分享 鈦酸鋰電芯技術(shù) 在呈井噴之勢(shì)的新能源市場(chǎng)背景下，被用于鋰電領(lǐng)域生產(chǎn)的常規(guī)正極材料涌現(xiàn)出一股明爭(zhēng)暗斗，負(fù)極材料的發(fā)展也是不可小覷的一部分。6月17日19日，由中國(guó)電池聯(lián)盟主辦的2016中國(guó)鋰材計(jì)劃高峰論壇暨鋰電池電極材料發(fā)展峰會(huì)將在廣
    2016-06-01 16:42

  • 第四屆動(dòng)力電池回收再生暨二次電池回收再利用技術(shù)研討會(huì)圓滿落幕

    2016年3月29日，第四屆汽車動(dòng)力蓄電池回收再生暨二次電池回收再利用技術(shù)研討會(huì)于北京陶然大廈圓滿落幕。大會(huì)歷時(shí)三天，在此期間其取得了眾多成果，兩百余名業(yè)內(nèi)專家及企業(yè)領(lǐng)軍代表的匯聚一堂，共謀動(dòng)力電池回收再利用的新技術(shù)、新模式和新發(fā)展，大會(huì)將百家思
    2016-03-30 09:56

  • 第四屆動(dòng)力電池回收暨二次電池回收再利用技術(shù)研討會(huì)隆重召開

    2016年3月28日，第四屆汽車動(dòng)力蓄電池回收再生暨二次電池回收再利用技術(shù)研討會(huì)在北京陶然大廈隆重召開。本屆大會(huì)由中國(guó)電池聯(lián)盟、北京工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)及中國(guó)高科技產(chǎn)業(yè)化研究會(huì)聯(lián)合主辦，共歷時(shí)三天。據(jù)報(bào)道，出席本次大會(huì)的有國(guó)家環(huán)保部領(lǐng)導(dǎo)、中國(guó)電池工
    2016-03-29 20:15

  • 第四屆中國(guó)動(dòng)力儲(chǔ)能電池技術(shù)及材料大會(huì)圓滿落幕

    2015年12月29日，中國(guó)電池企業(yè)聯(lián)盟年會(huì)暨第四屆中國(guó)動(dòng)力儲(chǔ)能電池技術(shù)及材料大會(huì)于北京京瑞溫泉國(guó)際酒店圓滿落幕。大會(huì)歷時(shí)三天，在此期間其取得了眾多成果，兩百余名業(yè)內(nèi)專家及企業(yè)領(lǐng)軍代表的匯聚一堂，以及共謀電池產(chǎn)業(yè)的新機(jī)遇、新模式和新發(fā)展的思維火花
    2015-12-30 21:37

  • 第四屆中國(guó)動(dòng)力儲(chǔ)能電池技術(shù)及材料大會(huì)隆重召開

    2015年12月28日，作為國(guó)內(nèi)動(dòng)力儲(chǔ)能電池技術(shù)交流最具影響力的大會(huì)，第四屆中國(guó)動(dòng)力儲(chǔ)能電池技術(shù)及材料大會(huì)正式在北京京瑞溫泉國(guó)際酒店隆重召開，中國(guó)生產(chǎn)力促進(jìn)中心原科技部發(fā)展計(jì)劃司劉玉蘭司長(zhǎng)致開幕詞。大會(huì)歷時(shí)三天，以適應(yīng)新常態(tài)，向高品質(zhì)、高技術(shù)發(fā)展
    2015-12-28 21:51

  • 億緯鋰能：領(lǐng)先的豈止是技術(shù)

    通信業(yè)，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，近些年來(lái)一直處于快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。據(jù)業(yè)內(nèi)資深人士表示，在通信儲(chǔ)能方面，全國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商大概有170萬(wàn)個(gè)基站要用電池，每年鋰電池市場(chǎng)提供的空間就有幾百億元，而且隨著時(shí)間的推移其基站數(shù)量還在不斷增加。 自2010年開始，
    2015-12-10 14:50
本月熱點(diǎn)

  • 注冊(cè)資本近1.15億元！兩巨頭成立電池回收企業(yè)

    近日，廣州優(yōu)美再生技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱廣州優(yōu)美）正式成立，公司由優(yōu)湃能源科技（廣州）有限公司與格林美集團(tuán)下屬武漢動(dòng)力電池再生技術(shù)有限公司有限公司（以下簡(jiǎn)稱動(dòng)力再生）攜手打造。 據(jù)了解，廣州優(yōu)美注冊(cè)資本約1.15億人民幣，經(jīng)營(yíng)范圍含化工產(chǎn)品銷售
    2024-04-16 10:29

  • 寧德時(shí)代、科達(dá)利、特斯拉等發(fā)力這一新賽道！

    4月22日，科達(dá)利發(fā)布公告稱，公司與臺(tái)灣盟立臺(tái)灣盟立、臺(tái)灣盟英擬共同投資深圳市科盟創(chuàng)新機(jī)器人科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱深圳科盟）并簽署《投資合作協(xié)議書》。深圳科盟并簽署《投資合作協(xié)議書》。深圳科盟注冊(cè)資本擬為人民幣1億元，其中公司以現(xiàn)金方式投入人
    2024-04-24 10:11

  • 續(xù)航里程1000公里！寧德時(shí)代發(fā)布神行PLUS電池

    4月25日，在2024北京車展上，寧德時(shí)代舉行乘用車新品發(fā)布會(huì)，發(fā)布神行PLUS電池，續(xù)航里程1000公里。同時(shí)，充電10分鐘可續(xù)航600公里。
    2024-04-25 17:53

  • 天奇股份牽手長(zhǎng)安汽車 共同打造動(dòng)力電池全生命周期產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)！

    天奇股份4月18日公告，擬與中國(guó)長(zhǎng)安、長(zhǎng)安汽車共同投資設(shè)立合資公司，并以合資公司為主體合作開展電池回收、梯次利用及再生業(yè)務(wù)。目標(biāo)打造成為西南區(qū)域領(lǐng)先的電池回收標(biāo)桿企業(yè)。 合資公司的注冊(cè)資本為1.8億元，其中公司擬出資8820萬(wàn)元，持有合資公司49%的股
    2024-04-19 08:42

  • 50億元！這家公司擬在摩洛哥投建鋰電池負(fù)極材料項(xiàng)目

    4月26日晚間， 中科電氣 發(fā)布公告，宣布公司計(jì)劃通過(guò)其控股子公司湖南中科星城石墨有限公司，在中國(guó)香港或其他海外地區(qū)新設(shè)全資子公司， 以間接投資方式設(shè)立摩洛哥項(xiàng)目公司，實(shí)施一項(xiàng)年產(chǎn)10萬(wàn)噸鋰離子電池負(fù)極材料一體化基地項(xiàng)目 。 據(jù)了解， 項(xiàng)目計(jì)劃總投資
    2024-04-29 18:25

  • 全固態(tài)電池三大技術(shù)路線，誰(shuí)將最終勝出？

    近年來(lái)，憑借高密度、更安全性、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是“最具潛力的下一代鋰電池技術(shù)”的固態(tài)電池受到市場(chǎng)關(guān)注，最新消息不斷。
    2024-04-22 18:17

  • 鋰礦龍頭一季度預(yù)虧超36億元，收深交所關(guān)注函！

    4月23日晚間，天齊鋰業(yè)發(fā)布業(yè)績(jī)預(yù)告，預(yù)計(jì)今年第一季度同比由盈轉(zhuǎn)虧。 同日晚間，深交所對(duì)天齊鋰業(yè)下發(fā)關(guān)注函，要求其結(jié)合主營(yíng)業(yè)務(wù)開展情況、產(chǎn)品產(chǎn)銷量、產(chǎn)品價(jià)格等，分析2024年一季度虧損較2023年四季度大幅增加的原因，并說(shuō)明是否存在持續(xù)虧損風(fēng)險(xiǎn)等。 鋰
    2024-04-25 09:30

  • 又有車企公布全固態(tài)電池量產(chǎn)時(shí)間！

    當(dāng)?shù)貢r(shí)間4月16日，日產(chǎn)汽車公開全固態(tài)電池試生產(chǎn)線的預(yù)定設(shè)置場(chǎng)所，在生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)等的橫濱工廠建筑內(nèi)確保了約1萬(wàn)平方米空間，為搬入設(shè)備推進(jìn)施工。 日產(chǎn)計(jì)劃2025年3月開始生產(chǎn)全固態(tài)電池，目標(biāo)2028年度實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。據(jù)日產(chǎn)介紹，全固態(tài)電池的能量密度是傳統(tǒng)鋰離
    2024-04-18 08:43
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