锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

近年来，由于新能源汽车的快速发展，匹配动力电池技术取得了新的突破，电池的能量密度与几年前相比有了很大的提高。然而，一些专家最近为锂离子百强等中国电池公司敲响了警钟，称现有锂离子电池的能量密度已接近理论极限。

近日，在新能源汽车与动力电池国际交流会上，专家表示，当前中国锂电池产业发展面临资源、能源、安全、使用环境四个方面的重大挑战。

 

锂离子电池发展面临的四大挑战

 

资源消耗

据专家介绍，目前生产1KW锂离子电池需要0.5公斤锂。根据最新调查数据，全球金属锂储量约1350万吨（锂资源总储量约3950万吨），只能使用100多年。中国锂资源量居世界第六位。资源主要是盐湖。

锂含量低，镁与锂的比例高，并且难以提取。70%的锂依赖进口。预计到2025年，中国锂电池产能将达到约3900GWh，预计需要约39万吨金属锂。

 

锂离子电池能量密度已接近理论极限

电池的能量密度与电池的原理有关。例如，锂离子电池的能量密度与活性电子束、活性材料的重量和密度有关。专家表示，目前锂离子电池的能量密度已接近极限。

据了解，目前主流磷酸铁锂电池的能量密度在200Wh/kg以下，三元锂电池的能源密度在200-300Wh/kg之间。锂离子电池的能量密度远远不能满足重大发展的需求，限制了其在多个场景中的应用。为了提高无人机电池等设备的速度和射程，有必要大幅提高电池的能量和功率密度。

 

 

值得一提的是，就在上个月，美国国家航空航天局宣布已成功开发出硫和硒的纯固态电池。电解质材料使用廉价易得的硫，不含液体，电池能量密度达到500Wh/kg。这大约是目前特斯拉4680圆柱形锂离子电池的两倍大。美国国家航空航天局宣布，这项技术将在未来推广到电动飞机上。

 

锂离子电池安全事故频发

锂离子电池容易发生电池热失控。通常的原因包括在电池的正极材料中产生过充电引起的气体以引起膨胀的电池，快速充电引起电池阳极中的锂沉淀以引起短路，以及快速充电迅速加热电解质液体以燃烧。

 

电池使用环境有限

在低温环境下，锂离子电池电解质的粘度会增加，离子迁移速度会变慢，充放电能量会急剧下降。在高温条件下，电池的正负界面膜不稳定，导致材料结构破坏，产生气体并发生爆炸。在深空、深海等应用场景中，要求电池具有更高、更宽的温度范围。

 

锂电池技术如何创新

因此，针对资源、能源、安全和极端环境四大挑战，专家表示，从技术创新的角度来看，需要从材料、接口、传输和系统四个层面加以解决。

 

材料

首先，提高电池系统的能量密度，包括建造大容量高压电池阴极和大容量低压阳极。在阴极材料的选择上，将从钴酸锂到磷酸铁锂，再到高镍三元材料，最后再到硫和氧元素的方向。在阳极材料的选择上，从现有的石墨，到硅，最后到锂金属。然而，锂金属负极和高压正极的使用也带来了安全问题。

 

 

对于锂金属负极来说，锂的理论比容量非常高，可以达到3000mAh/g，但在使用中很容易形成锂枝晶，刺穿电池隔膜，形成电池短路。然而，正极的高电压和高比容量材料是不稳定的，并且高电压电极材料的结构容易损坏，同时电解质分解。

 

接口

专家表示，对于锂金属来说，这不仅仅是基础研究领域，业界也进行了许多实验尝试，如构建人工SEI膜、构建三维结构的金属负极、调节锂金属电极与电解质的界面，从而提高电池的循环寿命。

最终目标是添加添加剂来控制材料的生长过程，使其不会生长成枝晶，但这方面的研发非常困难，需要大力发展。在正极材料方面，有必要调整层状正极材料的表面结构，以加强锂离子的传输过程，从而显著提高锂离子电池的能量密度和功率密度。

 

转移

为了进一步提高电池的安全性能，目前的研究还包括加强锂离子电池中的“三转移”过程。它包括加强锂离子传输通道，并在微观尺度上保持材料的结构稳定性。加强电子传输通道并保持电极和电池的导电网络。加强电池的热传递，抑制电池的热失控。

 

 

系统

在下一代锂电池的路线上，专家们介绍了锂硫电池、锂空气电池、氟碳锂电池等技术。在对下一代非锂电池的展望中，钠离子电池也受到专家的青睐。钠在地球储量中排名第六，化学性质与锂相似。然而，由于钠的原子半径较大，电化学电势较低，钠离子电池在能量密度方面与锂离子电池相比具有固有的缺点。

钠离子电池的发展需要在钠存储新材料和新电解质方面取得突破。目前，一些传统的负极硬碳材料已经产业化，正极层状氧化物和普鲁士蓝材料也已进入市场。但钠离子电池需要进一步提高性能，降低成本，并能够像锂离子电池一样实现大规模利用。