2015.10.14第十届北京锂电国际论坛会议如期举行,我很有幸的参加了此次会议,会上各位锂电界的前辈纷纷介绍了当前动力锂电池的发展前景以及在各自领域内所取得的研究成果,这对于我个人是一次非常宝贵的学习机会,也使我对当前发展形势下的动力电池正极材料及动力电池的发展趋势也有了更深的理解,此篇报告着重谈谈自己对三元正极材料以及300Wh/kg电池研发的一些简单的思考。
会上,盟固利公司吴宁宁做了关于NixCoyMnz系列材料在高能量密度电池方向的潜力研究的报告,对当下三元正极材料(包括NMC111、NMC442、NMC532、NMC622、NMC811、NCA)进行了从材料结构到电化学机理,到充放电容量、能量、充放电功率、循环寿命、以及安全性的综合对比,并得出如下结论:在未来高能量密度三元电池发展中,NMC622具有突出的综合优势。尤其在充放电功率及循环寿命方面,622材料表现出了非常优异的性能,故其认为在未来的2-3年内动力电池材料的主流方向应当是NMC622搭配高容量石墨或者硅碳负极,甚至到300Wh/kg电池,622材料也有其一席之地,给予了这款材料相当高的评价。而对于目前研究的较为火热的NCA和811材料并不看好,报告提供了丰富的测试数据支撑,测试项目也比较详尽完善。我个人认为,622材料是一款非常值得大家考虑应用的材料,尤其在当前动力电池发展背景下,其克容量较111和532材料高,稳定性、寿命又比高镍的NCA和811好。但是材料终究一直在不断的研究开发中,目前NCA及811所存在的问题也一步步被解决和改善,随着动力电池对能量密度的要求越来越高,高容量的材料势必更有优势,如果要开发能量密度在250Wh/kg以上的电池,可能622材料就显得有点使不上力了。另外还有疑问的一点就是,不太清楚盟固利公司在综合评价测试时是如何保证这几款材料在材料在来源方面的水平一致性,而这一点会直接影响测试结果的公平。综合考虑下来,622材料在当下还是有比较大的应用空间,我们目前在开发的项目中也正在使用,在现有的体系下具有明显的优势,接下来的一两年,高镍的NCA和811可能会得到动力电池厂商的更多的关注。
力神张娜博士在会上也介绍了力神公司最新的动力电池技术研发进展,据介绍,其团队开发的39Ah-2714897铝壳电池能量密度达到182Wh/kg,循环寿命高达3000次,各项安全测试包括业界较难解决的针刺项目也都顺利通过,着实令人钦佩,预计应该会有不少电动汽车厂商对其感兴趣,因为就目前而言还很少有公司能保证这些项目全部能通过。另外其开发的40Ah-220Wh/kg的软包动力电池各项性能也非常优异,循环寿命和安全性问题也都已得到解决,确实值得我们学习。
关于2020年动力电池能量密度要达到300Wh/kg的目标,各大研究机构和电池厂商都做了很多研究工作,有机构也表明已初步研发出了能量密度达300Wh/kg的电池单体。目前行业内一致认为,要达到此目标,势必要使用高容量的富锂锰基正极材料搭配高容量硅碳负极材料,因此,这两种材料的开发也是接下来我们研发工作的重心。目前性能好的富锂材料克容量基本能达到290mAh/g,电池的能量密度压力不大,但循环稳定性差,电压衰减严重,以及首效、压实偏低等问题,阻碍了其在动力电池上的应用,所以接下来应当尽快的解决这些问题。同样对于我们实验室300wh/kg电池的开发,从电池设计的角度来看,正极克容量能达到260mAh/g,同时搭配使用克容量在600mAh/g左右的硅碳负极材料,能量密度便不成问题,问题是电池的其他性能也应当能得到进一步改善,并且随之匹配的电解液等材料也应当被重点关注,所以今后我们应当朝着这个目标不断努力。