锂离子电池未来的发展方向是怎么样的?

2021-03-11      2012 次浏览

锂离子电池未来发展方向


国家能源发展的战略方向已转向加强可再生能源消费中的比例,我国政府正不断加大力度培育和发展新能源技术产业,而动力锂电池是发展新能源汽车的关键。目前虽然我国动力锂电池在电极材料、单体电池、电池系统等关键技术取得重要进展,建成了较为完整的产业体系,形成了一定的市场规模,但动力锂电池仍不能满足新能源汽车发展的需求,重要存在3个方面的问题:比能量、安全性和性价比。综合考虑3方面问题,以金属锂为负极、固体锂离子导体为电解质的锂空气或锂硫电池是未来的发展方向。


1.比能量


目前,电动汽车用动力锂电池正极材料以磷酸铁锂(LFP)为主,负极材料仍重要采用石墨材料,其比能量约为90~140Wh/kg。预期至2020年,能量型动力锂电池系统比能量达到250Wh/kg,成本下降至1.0元/Wh。正极材料的发展以高容量、高电压为重要取向,典型代表是富锂过渡金属氧化物,比容量可达250mAh/g,充电电位4.8V;高容量硅材料是新型锂离子电池负极材料的重要发展方向,重要包括硅碳复合材料、硅金属合金材料和硅氧化物材料等。预计2030年,能量型动力锂电池系统比能量达到500Wh/kg。开发锂硫电池、锂空电池等新体系电池,正极材料以硫/碳复合材料或氧电极催化剂材料为主;金属锂为负极材料重要发展方向,开发表面涂层材料、合金材料等。


2.安全性


提高动力锂离子电池安全性和可靠性,要建立从材料、电池及关键部件到系统安全保障等一系列技术措施。安全性电极材料可根据微区温度及电压变化快速关闭危险性反应,实现电池单体的可逆保护;通过在隔膜表面修饰纳米氧化物陶瓷材料开发新型安全性隔膜材料,降低电池内短路率;电池的另一个重大安全性隐患重要是因为使用液态有机电解液,易引发起火、爆炸等问题,而固体电解质在防止这些安全事故方面具有很大的优势。系统安全性问题的提高重要依靠电源管理系统(BMS)的不断升级,实时监测电池工作状态,有效保持电池间的均衡。


3.性价比


性价比的高低是实现动力锂离子电池全面应用的关键性问题之一。未来动力锂电池不仅要求比能量更高、续航里程更远,而且还要求成本及消费价格低于石化能源。


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