中国国际电池技术交流会/展览会(CIBF)是由中国化学与物理电源行业协会主办的电池行业国际例会,每两年在中国举办一届,是国际电池行业规模最大的展览会。作为一名学生,我很荣幸参加了2016年5月24日-26日在深圳举办的第十二届CIBF大会。
参加国际性学术会议,交流学习,了解学界研究的热点、瓶颈及重大突破等最新资讯,是我此行的最大目的。除此之外,CIBF的商业展览会则直观的加深了我对于锂电行业的认识与了解。
一、技术研讨会
本次研讨会,共设立了两个分会场,内容分别侧重于先进电池前沿技术和储能技术,各场报告精彩纷呈。业内资深的产业分析师,各大研究机构的科学家、以及龙头企业的工程师,分别从不同角度对现阶段国际先进电池的技术应用情况进行了梳理,在此基础上,并对未来的技术走向提出了预测。
来自著名的台湾工研院ITRI的自身产业分析师,吕学隆博士,以“全球锂离子二次电池市场及其相关材料研发的前景展望(2016-2018)”为题进行了开场报告。该报告中,吕博士对比了中国各大厂商的电动汽车销量,指出纯电动汽车的市场占有份额占有主导地位,并且电芯正极材料开始从磷酸铁锂材料逐渐向三元材料发展;另一方面,吕博士也指出对于IT应用而言,高电压/高功率密度是技术发展的趋势,并提出了 “21700”型规格电池结构设计的可能,这项革新将会为下游产品设计创造更多可能。总的来说,工业设计将不断升级革新,而在材料端,NCA材料的大规模使用被厂商看好,而富锂材料也具有非常大的应用潜力。
而欧阳明高教授关于新能源汽车与动力电池进展的相关汇报中指出,“十二五”启动新能源汽车产业化的“两头挤”战略格局基本形成:由大中型纯电动城市用车启动规模市场,与此同时,小(微)型电动车滚动发展,逐步挤占中高档乘用车市场。当前,中高级电驱动车以插电式为主,而SUV的插电化也将有可能成为重要的发展趋势。应当注意的是,当前纯电动汽车对于政府补贴的依赖程度依然较大,减少补贴依赖,提升技术品质是新能源汽车发展的必由之路。关于实施“十三五”技术升级,三大战略——动力深度电气化,车身底盘轻量化,整车智能网联化——需要实施。
关于基础研究的报告,集中在工业界兴趣浓厚的三元材料。该种材料,由于其极佳的性价比,被公认是今后一段时间内的最佳选择。对于应用,倍率和容量保持率重要性不言而喻,研究表明,电池的充电速率依赖于负极材料,而放电速度则取决于正极材料,潘峰教授及其研究小组通过实验和计算证明了NMC(622)材料具有最高的Li+ 扩散系数,带来优异的倍率性能,另一方面,BYD进行了三元材料全电池10C快充以及1C放电实验,目前循环一万四千余次,性能保持良好;更值得注意的,是该材料的安全性问题,由于NCM及NCA材料皆属于氧气释放型电极,其晶格氧(尤其表面)在高温下易脱出,与电解液发生反应,造成电池“热失控”,引起安全性问题(尤其是处于高压充电状态),这也是限制其大规模应用的主要瓶颈,Al2O3被证明是一种“神奇”的改性材料,其作为惰性包覆层或是单纯作为添加剂,都能显著抑制“热失控”现象,同时另一种控制途径是构筑“全梯度”富镍材料,相信随着技术的革新,三元材料将会更多的从大型车领域向小型乘用车领域进军。
对于动力电池的中期(2020~2030年)发展趋势规划——能量密度超过300Wh/kg,循环寿命大于2500周,而要实现这一目标,最值得期待的就是富锂锰基正极材料与硅碳复合负极材料的结合。富锂锰基材料,也就是本实验室大力发展的重点,因为其具有极高的放电容量,有望推动动力电池能量密度的极大发展。然而,这种材料也有其内在的缺点,其中最令学术界及产业界头疼的是其内在的“结构转变(layer to spinel)”,以及由此带来的“电压降”现象。为解决这一难题,世界各地的科学家做了大量的改性研究,阿贡实验室的研究集中在包覆改性上,通过阻碍材料表面与电解液的反应,达到了抑制结构转变的目的,这其中人为地引入“spinel” 成分,被证实可以有效抑制次生转变相的“任意生长”,从而有效的抑制了结构劣化。
值得注意的是,在此次大会中,本实验室与中科院物理所的合作成果——能量密度超过300Wh/kg的动力电池——被多次提及,受到了包括大会主席在内多位专家的赞扬以及业内广泛的关注,这大大鼓舞了我们科研以及工程人员的研发热情。在此基础上,本实验室动力电池方向带头人夏永高老师,作了“超过300Wh/kg锂离子电池的高容量电极材料的开发”的相关报告,总结了长期以来宁波材料所在这一领域内所做的努力与取得的成果,规划了动力电池进一步的发展路径。相信随着技术的成熟,富锂/硅碳材料的组合电芯将真正进入的产业化应用,为电动汽车带来更优异的性能。这一明朗的未来,需要我们在内的科研工作者努力工作去实现。
二、商业展览会
同时进行的商业展览会,吸引了国内外锂电行业相关上下游企业参加,汇集了业内最新的行业资讯,直观的展示了工业界的成果与诉求。大会间隙,我也有幸参加了深圳会展中心二楼的大型商业展览会,直观的领略了电池行业的繁荣盛况,同时也了解到行业的一些发展现状。
因为专业因素,我本人更关注材料相关的上游商品。通过参观询问,我发现,目前业内厂商在正极材料方面的生产应用主要集中在LFP/NCM等方面,另有一些企业的注意力在低端的锰酸锂产品当中,仅有北京当升对于“富锂”材料有所涉及,但也仅仅停留在实验室研发阶段。对于负极,目前集中在石墨及其衍生产品的生产优化,硅碳电极的实际应用涉及非常少。顺便一提,墨希科技在碳材料厂商中的知名度较好,交谈中多家企业均提及墨希科技产品,另一方面,与商展会的产品对比,墨希的产品性能确实非常优异。电解液方面,相关的大中企业也非常多,但是对于耐高压电解液而言,发展仍然不足,商业化的电解液目前仅能稳定耐受4.45V电压,而对于高压尖晶石材料以及富锂材料而言,匹配电解液的研发,将会是一大瓶颈。参会中,我发现河南新乡聚集了业内门类齐全的上下游企业,然而遗憾的是,多数企业致力于低端产品,因而发展的潜力不足。
三、总结
总的来说,本次大会反映了锂电行业目前的蓬勃发展,也预示了其更巨大的商业潜力。 参与此次CIBF大会,我直观的了解到了行业内的现状。三元材料继LFP之后开始大放异彩,与之配套的上下游产品也逐渐进入厂商视野,开始投入应用。显然,基础理论研究的进步实现了应用技术的储备,从而更新了终端产品的生产应用。
实现能量密度高于300Wh/kg的动力电池的大规模应用,对于富锂正极材料及硅碳复合负极材料的持续研究探索必不可少。
基础研究是一切应用的基础,只有材料的性能优异稳定,才能保障电池的安全高效,实现动力电池及新能源汽车的技术革新。在今后的工作中,我们将更有目的性的,持续探索改性富锂锰基正极材料的有效手段。