2017年4月13-14日,“第三届新型电池正负极材料技术国际论坛” 在宁波顺利召开,旨在探讨动力锂电池先进材料研究及产业化进展。本次论坛主要讨论锂离子电池能量密度以及安全性等问题,分享锂离子电池新型正负极材料、新体系电池等领域的最新科研成果。在部门领导刘老师和夏老师的带领下,我很荣幸参加本次论坛,以下是结合自身研发内容的相关总结:
在会议首日,台湾电池协会副秘书长吕学隆作了主题为“全球锂离子电池活性材料新近市场技术变革与未来发展动向预测“的报告,为尽快实现动力电池新一代正负极材料的产业化和国家相关政策对动力电池长续驶里程、高安全性、低成本、快速充电等一系列要求和目标提供了参考的方向。而后,上海杉杉科技马飞博士、LG公司方晟绿博士以及天津力神公司王欣全博士等人介绍了动力电池正负极材料的研究进展以及发展趋势。美国西北太平洋国家实验室刘俊研究员、加拿大魁北克水电研究所Zaghib Karim研究员、日本早稻田大学西出宏之教授等人介绍了新体系电池的最新研究进展。布勒公司王益明先生、龙鑫化工机械有限公司李军先生以及英国马尔文仪器公司傅晓伟博士等人介绍了锂电池正负极材料制备过程中的技术创新,为材料的规模化和产业化提供了技术支持以及创新性解决方案。
其中,天津力神电池股份有限公司研究院基础研发部部长王欣全博士作了主题为“电动车动力电池先进正负极材料应用研究进展”的报告,主要包括:(1)车用动力电池发展路线;(2)材料开发及应用思路;(3)NCA循环性能的研究;(4)材料应用研究的思维逻辑。其中,简要总结了一系列改善NCA正极循环性能的措施(如图1),且实验证明,通过对NCA进行表面修饰可以提高材料的循环性能,在NCA材料表面均匀包覆尖晶石相,可有效抑制循环过程中的颗粒开裂,避免惰性岩盐相的生成。
巴斯夫集团针对多样化市场需求重点介绍了该公司在高能量正极材料上的布局,指出从材料层面,可以通过高镍材料或高截止电压来实现OEM目标;同时,通过对已商业化和即将问世的系统技术趋势进行分析(图2),得出如下结论:镍含量在短期内将继续增加,以实现 OEM 能量密度目标;在新化学材料的局部驱动下,上限截止电压在中期内将继续增加。
在高镍正极材料NCM811研发方面,巴斯夫集团通过测试材料中氧气释放的起始条件能够为正极材料的初始劣化提供非常重要的信息。实验结果也证实,掺杂可降低氧气的产生量,从而能够有效改善正极材料的结构稳定性。此外,包覆处理也可延迟氧气的释放,使劣化起始点平移至更高的值。
作为最具有前景的高容量锂离子电池正极材料之一,高镍系层状氧化物正极材料受到广泛关注。我们实验室也已布局高镍正极材料,但其固有的一些缺点,如循环过程中结构稳定性差、高温稳定性差以及储存性能差等给研究者带来了较大的挑战,其应用也存在较大的技术壁垒。目前为止,较为有效的解决方法主要有两种:一是元素掺杂, 如Mg和F 等, 可以有效减弱循环过程中和高温高充电截止电势下的相变反应;二是表面修饰, 一方面包覆的厚度需要足够大且均匀,以抑制表面的副反应从而保护活性物质,另一方面表面包覆层应尽可能的薄,以保证Li+的传导不受阻碍。
最后,特别感谢实验室主任刘老师以及课题组负责人夏老师给我这次难得的学习机会,让我进一步意识到自身理论知识的不足,在以后的工作和生活中,需要脚踏实地,不可好高骛远。