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高功率密度锂离子电池的工业化生产

高功率密度锂离子电池的工业化生产

目前,高功率密度锂离子电池的发展已经遇到极大的瓶颈,但短时间内也不会被其他电池体系取代,可谓是正处在青黄不接的阶段。学习理论固然重要,但是生产经验也必不可少。二者相辅相成,缺一不可。如今,电池相关企业的锂离子电池研发主要从五个方面入手:

1.提高锂离子电池安全性,包括改良电池组成部分(陶瓷隔膜,凝胶态隔膜,阻燃电解液)以及测试方法(过充过放测试)。通过改善电池隔膜的韧性和耐高温收缩性,防止电池发生状况时形成大面积短路,引燃电解液。在不同测试条件下,了解电池本身的变化,为电池的安全使用提供更佳的保护设计方案。

2.使用硅碳负极材料进行小批量试产,提高电池能量密度。硅系列材料(SiO2,SiO,Si,SiOC等)拥有较高比容量。其中,单质硅容量高达4200mAh/g且拥有较低的充放电平台(~0.5V)。其关键性问题在于脱嵌锂体积变化过大,容量呈断崖式衰减。碳支架可以有效的改善其体积变化,提高循环稳定性。随着硅碳材料容量的提升,其稳定性逐渐下降,主要归因于硅碳中硅含量提升后,碳支架的稳定作用被弱化。明确提醒,硅碳材料中的硅并非只是指单质硅。

3.对正极材料的导入进行评估,降低生产成本,提高电池大电流充放性能。与多元材料电池相比,磷酸亚铁锂电池无法解决大电流充放电问题,因而在混合动力汽车应用存在劣势。与锰酸锂电池相比,磷酸亚铁锂电池无法解决低电压、低能量密度、低温特性差、容易发热、电压非常平缓等致命性的问题。所以未来解决不了安全性问和更小更轻的问题。与此同时,尖晶石锰酸锂的安全性问题亟待提升,短路发生时,锰酸锂析氧,加速电池燃烧甚至爆炸。

4.低温性能。我国一半以上的区域在冬天温度都在零摄氏度一下。尤其是东北地区,低温时间持续的更长。在低温情况下,在零下20度的时候,磷酸亚铁锂已经不能工作了,但锰酸锂仅有一些电压的下降,容量的衰减非常有限。磷酸亚铁锂在这两个特性方面的缺点就导致了未来不是动力汽车锂电池发展的重点。因此,还需关注其他正极材料(三元等)的发展。

5.改善生产工艺和条件,提高产品性能(容量、循环稳定性以及倍率性能)。防止水分、氧气等进入到电池中,减少副反应的发生。提高各组件之间的接触紧密度,减小界面电阻,降低电池的内阻。


我们能源学人从以上五个方面入手,不断拜访电源领域有丰富经验的工程师,学习相关经验,并在能源学人的平台上与大家共享,共同进步。同时也欢迎有经验的工程师投稿!

高功率密度锂离子电池的工业化生产

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