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第二届新型电池正负极材料技术国际论坛参会报告(何逸)

       第二届新型电池正负极材料技术国际论坛于2015年4月22日至2015年4月24日在杭州萧山成功举行。此次会议,我很荣幸作为所里的一员,在刘老师和夏老师的带领下,与同事和同学们一起参加了此次会议。此次会议技术水平高超,精彩纷呈,通过会议我收获颇丰,从中学习了解到了许多行业发展动态和学术研究成果。

       本篇报告内容主要为自己对会议内容的记录和自身感想,由会议概况、2014年锂离子动力电池材料行业概述、关于锂离子电池正极材料性能提升的研究、对工作开展的启发和结尾五个部分组成。

关键词:锂离子电池,行业情况,正极材料研究成果,个人感想

一、会议概况

       此次会议吸引了众多国内外知名研究机构和行业企业参加,许多专家学者进行了演讲与讨论,为业内人士带来动力电池材料行业最新情况。各个参会单位主要就锂离子动力电池材料最新行业市场信息,正负极材料和电池结构研究进展进行了汇报。

二、2014年锂离子动力电池材料行业概述

       在世界电池市场中,锂离子电池以其性能优势不断扩展市场份额,镍氢电池的市场份额在不断下降。随着技术的不断发展,锂离子电池将最终占据全球电子产品和新能源汽车电源领域的主导位置。本次会议的绝大多数报告,其内容都与锂离子电池相关。

       近年来,全球锂离子电池出货量一直保持着10%至20%的快速发展势头,目前72%的锂离子电池主要应用于电子产品,动力领域占28%。而随着汽车保有量的不断增加,并伴随石油储量和市场的不稳定性因素影响,各国对汽车尾气的限制标准不断提高,促使各个厂家纷纷开发新能源汽车,为电池行业的发展创造了有利条件。在过去的一年中,得益于新能源汽车市场的突飞猛进,锂离子电池行业得到了长足的发展。根据资料显示,2014新能源汽车动力电池容量猛增82.4%,在各国财政补贴的有力协助下,预计到2017年电池整体容量将保持年均40%以上的快速发展。

       在整体发展良好的行业势头下,我国的电池行业仍需要面临艰巨的挑战。在当今世界的主要商用车品牌的新能源汽车领域中,日韩厂商获得了大多数汽车厂商各类新能源汽车产品电源供应商的位置,中国企业中仅有ATL,比亚迪和万向在世界主流市场中站稳脚跟。这其中,除了比亚迪公司依托自身技术一体化优势占据一定市场份额外,中国企业整体份额依然偏少。此外,伴随着电池价格的不断下探,国内电池材料行业的利润在不断减少,尽管我国的电池材料出货量较大,但由于许多制备及后期处理中的关键技术仍然多由国外把持,国内电池材料厂商依然要面对严峻的成本挑战。在整体行业格局背景下,我们国家迫切需要克服技术难题,增强行业整体竞争力。

       根据陈立泉院士的介绍,今年即2015年,我国电池的能力密度设计目标为150Wh/Kg,纯电动车行驶里程达到150km,电池成本达到2RMB/Wh;到2020年目标将分别提高至300Wh/kg,300km和1.5RMB/Wh,这与国际发展预期水平相当。未来几年将是我国电池产业不断集中整合技术优势的过程,并争取在2020年发展出新材料和新体系。在现有条件和基础上,如何提升技术优势,弥补同其他国家技术差距,拓宽电池领域利润空间是我们电池行业从业人员未来几年奋斗的目标。

       综合陈立泉院士,台湾吕学隆分析师,黄学杰教授等学者的报告资料,目前世界锂电领域中,高电压化应用LiCoO2,尖晶石LiMnO4、高Ni三元NCM材料和NCA材料技术巩固与提升等方向将是行业目前发展的重点;高电压尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4和富锂锰基材料Li1+xM1-xO2(M=Mn, Co, Ni…)等材料的产业化将成为行业致力于研究的领域;全固态电池,Li/S电池和Li空气电池等会是未来行业发展的目标和突破点。我们相信,依靠我们从业人员的不断努力和技术进步,锂离子电池行业必将不断发展,引导新能源产业进入新的发展阶段。

三、关于锂离子电池正极材料性能提升的研究

       在会议中,基于自身兴趣和工作研究方向,重点关注了会议中关于锂离子电池正极材料性能改进及相关研究的报告。

       根据台湾学者吕学隆,厦门大学杨勇教授,杉杉集团李旭等人的演讲介绍,目前行业内能够展现明显改性效果的正极材料改性方法依然是体相掺杂和包覆改性,除此之外电解质改性和梯度化改性也是改善电池材料性能的优良方法。总结他们的演讲内容,我对于正极材料的改性方法的知识得到了补充和扩展,加深了我对材料改性的理解:

1、体相掺杂:在众多专家学者的介绍中,体相掺杂能够改变晶格间距,稳固晶格结构,较为有限地抑制或延迟循环过程中材料出现的相变现象。常用的掺杂元素包括F和Ti等元素,这些元素的引入有助于抑制晶格中Mn和O元素的流失,维持晶格结构。

2、包覆改性:包覆改性是目前应用较多的材料改性方法,涉及较多的包覆物质以及包覆方法。从功能上区分,包覆分可分为增强导电型包覆以及正极保护型包覆;从包覆原理上,又可分为化学法和物理法,化学法包括CVD,共沉淀法,蚀刻法等工艺,物理法包括原子层包覆即ALD和薄膜溅射法包覆;此外包覆方法中包覆物质种类繁多,包含金属氧化物如Al2O3、Zr2O3,金属氟化物如AlF3、MgF2,金属磷酸盐以及聚合物纳米颗粒等。包覆通常能够改善材料的界面性能,抑制循环过程中电池内阻变大,提升材料的热稳定性,综合提升材料性能。

3、电解质添加剂改性:电解质改性是实际生产应用中得到了较为广泛的应用。大连比克电池公司的林建高工在其演讲中指出,合适的添加剂能够改善电池中正极、负极和电解质的综合性能。其中,HV1、FEC、HT等能够很好地提升电池的循环性能,对于高Ni三元材料NCA及NMC,电解质LA及SN可以很好地抑制Ni元素的溶解,部分电解质还能够抑制Si/C负极在循环过程中的膨胀现象。

四、对工作开展的启发

       通过此次会议,我对当前锂离子动力电池市场有了较清楚的了解。国内企业利润较低,在正极材料特别是流行的高Ni三元材料NCA材料领域没有掌握核心技术。自己工作研究的方向,富锂锰基材料目前备受市场关注,这一材料的商业化前景将极大影响五年内动力电池性能水平,自己既感到荣幸,也感到了压力和责任。针对于目前富锂材料循环过程中的容量衰减较快,倍率性能不佳的问题,继续深入研究包覆改性方法、改性物质以及开发新的表面改性方法,被认可为是可行有效之路,认真工作,悉心专研,是现有工作必须遵循的态度;而对于循环过程中电压下降现象,目前行业内多位学者及专家表示这一问题同材料结构相变有关,表面改性很难将其克服,体相掺杂被认为是解决这一问题的可行方法,在工作研究中,这一观点将很好地指导我的相应工作展开,更有针对性地由问题来源着手设计研究工作内容。

五、结尾

       非常感谢材料所,感谢刘老师与夏老师为我提供了这次难得的机会参加这样的高水平会议。高水准的会议报告、广泛覆盖的行业内容以及丰富的交流机会让我获益匪浅。这次会议是我工作中的难得的经历,很好地扩宽了自己眼界,我也将好好利用会议收获,不断做好本职工作,取得良好的工作成果。同时由于参会经验以及自身能力的些许不足,还有很多自己熟悉领域之外的精彩演讲内容没有得到很好地消化和理解,这是此次会议留下的小小遗憾。我将不断努力,提高自身水准,创造工作业绩,更好地把握每次参加高水平会议的宝贵机会。