本届新型电池正负极材料技术国际论坛相较于以往两届显得更热闹非凡,也更加主题明确。本届论坛围绕实现300Wh/kg锂离子动力电池产业化目标,所采用的正、负极材料的可行性以及尚需解决的关键技术问题展开相关报告及讨论。论坛先由台湾电池协会副秘书长吕学隆介绍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,大体正极往NCA及高镍方向走、负极往硅碳材料方向走,最后提到针对电动汽车电池,不仅中国,日本也将300Wh/kg作为能量密度的目标,这是个全球化的趋势。
正极方面目前在企业界的应用,LG化学技术战略部总监方晟綠博士介绍到分为4条路线,分别为高电压钴酸锂、高容量的高镍三元与NCA、高电压LiNi0.5Mn1.5O4及兼具高电压与高容量的LiMnPO4材料;台湾工研院材料与化学研究室的陈金铭博士介绍了相对于LFP材料,能量密度更优的高电压LMFP材料,其与高镍三元材料混合后电池的能量密度能进一步提升,同时又兼顾了安全性,另一方面其开发的LiNi0.5Mn1.5O4材料电压更高,但存在胀气问题待解决;巴斯夫电池材料事业部全球高级副总裁楼剑锋博士介绍BSF主要开发高镍及高电压材料来满足客户需求,其开发的NCM622及NCM811不仅常温循环优秀,高温循环性能仍表现优异,循环后无正极材料颗粒碎裂的现象。
负极方面目前在企业界的应用,LG化学技术战略部总监方晟綠博士介绍到分为3条路线,分别为兼具高功率及长寿命的天然石墨&人造石墨、高容量低成本的软硬碳及LTO、兼具高容量及低膨胀的各种硅材料(高首效的氧化亚硅、硅合金、多孔硅);上海杉杉科技有限公司的马飞博士介绍了杉杉目前开发的硅薄膜、多孔硅、纳米硅、氧化亚硅负极材料及相应的硅负极电解液的进展,并将氧化亚硅作为商用的突破口,通过表面修饰、粉末预处理、嵌入中间相碳微球及调控晶化过程的手段优化氧化亚硅的性能,预计在2017年会试量产。
相对于国内十三五规划的300Wh/kg锂离子动力电池产业化目标,美国西北太平洋国家实验室的刘俊研究员介绍了其团队替美国研发的500Wh/kg锂离子动力电池的研发进展,具有较大参考意义。其团队经过分析筛选,要达到500Wh/kg能量密度的目标,体系的选择基本定在高镍三元、锂金属及锂硫电池这三种;难点在于防止锂枝晶的生成导致电池失效、材料在高电压窗口下的稳定性及电池结构的优化。改善的手段主要为对正极材料的掺杂包覆提高材料性能、优化电解液提高首效及锂枝晶的生成或直接使用更安全的固体电解质、锂金属电极的结构优化、锂硫电池碳复合及匹配的电解液。最后总结到要达到500Wh/kg能量密度的目标,挑战较大,但手段并不唯一。
除了下一代正负极材料的介绍,通过本次论坛也学习到许多分析电池的手段和方法。比如早稻田大学的Prof. Tetsuya Osaka介绍了一种在不破坏电池的情况下评估电池失效的方法,就是测EIS,具体评估条件如下:
此方法不仅花费的成本低、对电池无损伤,而且更准确;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介绍了力神通过dQ/dV分析出导致负极容量发挥减少的原因,并与供应商共同改善,通过分析NCA材料循环过程中正极极片颗粒的形貌,对NCA材料进行表面修饰处理,改善正极的循环性能。这些分析方法都可投入到将来的实际工作中。