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专家谈中国锂电池:质量参差不齐,前景乐观

天极网天极下载2015-05-10 15:01我要吐槽
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  我们被锂包围了。锂电池已是手机、电脑、电动车的标配;如果特斯拉的“能量墙”预示了未来,锂电池还会成为现代家居生活的核心。

  不过,“锂电池”三个字,其实涵盖了各种各样的技术,它们区别极大。中科院苏州纳米所的研究员陈立桅说,一般大家熟悉的锂电池,实际是“锂离子电池”。它靠着锂离子在正、负极中的嵌入与脱出实现电能与化学能的相互转化,从而实现充放电过程。

  根据正负极材料的不同,锂离子电池可分出很多种。陈立桅介绍说,目前手机电池正极主要使用钴酸锂与三元材料,负极使用石墨类材料。充电时,正极内的锂离子经由电解液运动到石墨负极,并嵌入石墨的层间;放电时,石墨层间的锂离子脱出,再经由电解液运动回到正极材料中。正、负极材料储锂容量越大,脱锂、嵌锂电位差越大,那么电池的能量密度也越高。

  “特斯拉的电池,正极用镍钴铝酸锂(NCA)。”陈立桅说。此外,锂离子电池的正极还有钴酸锂、三元材料、锰酸锂、磷酸亚铁锂等。国内的电池巨头比亚迪,其电动汽车使用的正极材料主要是磷酸亚铁锂。

  陈立桅说,由于目前负极材料比容量接近正极材料比容量一倍,因此研制更高比容量的正极材料是锂离子电池提高能量密度的瓶颈因素。虽然锂离子电池在能量密度、高低温特性、倍率性能等许多性能指标上,已经远远高于铅酸电池、镍氢电池等传统二次电池,但是其能量密度和循环寿命等性能的提高速度却还是难以满足快速增长的消费类电子产品、电动汽车、电网储能等新兴产业发展的需求。

  为了进一步提高电池的性能,在研究锂离子电池之外,全球有不少研究机构和创业公司致力于新类型的含锂电池。比如陈立桅研究的锂硫电池,就是用硫磺做正极,锂金属做负极(严格意义上的锂电池),其重量能量密度有望比现有的锂离子电池提高1倍以上。另外,锂电池的研究热点还包括锂空气电池,以及使用固体电解质的全固态锂电池。

  “这些新型电池如果获得实际应用,电池的能量密度就能得到较大的提升,推动消费类电子、新能源汽车、储能等领域的发展,收益极高,但同时也存在很大的风险。”陈立桅说:“经常会有“DEMO”版的新电池问世,但即使是发表在顶级期刊的成果,在工程化过程中也遇到很多的“地雷”,想要成功应用还存在很多的困难,媒体往往夸大了新电池的性能,对新技术过于乐观。“

  “工业界提高锂离子电池性能的研发方法,主要是在成熟体系的基础上,根据不同的应用需求,针对性地通过材料体相掺杂、表面包覆、电极结构设计、电解液配方、工艺控制等方法,逐步提高其某些方面的性能表现,同时尽量减小副作用,确保产品的安全性、可靠性,工业界一般就是这样逐步进行改善的。”陈立桅说。

  目前,我国的技术水平落后于韩国、日本,领先于欧洲和美国,过去主要占据中、低端市场,但随着我国企业投入的增加,正在向高端市场前进。陈立桅说,“但是,由于我国企业在生产管理、工艺控制、生产自动化方面还与日本、韩国有一定的差距,所以还需要进一步的努力。例如,日本电池生产线大约有200个左右的质量控制点,整个生产流程都在湿度严格控制的环境中完成,最大程度避免了水分的影响,而我国电池生产企业受到成本、条件的影响,质量控制点一般仅有20个左右,好的企业才能达到50个,控制程度还有较大的差距。”

  另外,由于中国锂电池产业由于过度投资、产能过剩,造成企业间存在严重的价格竞争,造成锂电池产品质量的参差不齐,甚至有一些低质量的电池甚至旧电池流入市场,比如“充话费送的,用不了几次的充电宝”,陈立桅说。

  尽管如此,陈立桅仍然对中国锂电池行业表示乐观。他认为,目前我国已经有十几家大企业踏踏实实地做研发,这方面的投资也很稳定。另外,中科院也设立了这方面的先导专项,作为专项组成员,陈立桅介绍说,以电动汽车应用需求为牵引,中科院着眼于高性能动力锂电池的产业化,而非论文指标,这更有可能让科学家的科研成果变成造福国民经济的高技术产品。

  (中科院苏州纳米所卢威研究员对此文亦有贡献)

(作者:王珏)
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