中国锂电池发展历程及关键技术

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发展历程

锂离子电池是目前较为先进的二代电池,其优点就在于该电池能量密度较高,且具有较强的循环寿命。目前该电池不仅可以广泛运用于新能源电池领域还可以被运用于数码科技领域、能量储备领域以及移动通信领域,未来我国将继续部署锂离子电池的上下游产业链,并持续深耕发展更多种类的新能源汽车,进而来应对未来汽车行业的发展。

让我们一起穿越回二十世纪七十年代,当时世界正面临石油危机,所以很多科研工作者将研究的领域转向了新能源的开发和利用。上世纪80年代,德克萨斯大学教授约翰古迪纳夫使用了新型的阴极材料并取得了成功。经过几年的发展,日本名古屋名城大学吉野彰对锂电池的电极进行了调整,最终迎来了锂电池的革命性发展。再将视线拉回国内,中国锂离子电池技术的发展也取得了不错的成绩,我国锂离子电池体系从钴酸锂发展到了硝酸铁锂,经过一次次的迭代又发展到了高镍(nie,四声)和富锰体系。在负极研究领域从石墨到多元碳元素最终到钾金属。如果严格追溯的话,中国电科十八所从1992年就开始了锂离子电池的研究,并在1994年获得了采用人工石墨烯负极,容量和比能量分别达到500mAh(毫安时)和94Wh\KG(瓦小时每千克)的第一只AA尺寸电池。

到1997年,我国已经建成了第一条锂离子电池生产线。随后相关的研究机构以及企业都在致力于促进锂电池产业的产业化发展,期间我国锂电池行业取得了卓越的发展和长足的进步。那么我国科研机构和相关企业都在此期间攻破了什么样的关键技术呢?

关键技术

小编在查阅资料的期间发展锂电池技术的主要关键技术就是正极材料、负极材料、电解质了。接下来让我们一一道来,这期依旧干货满满。首先是锂电池技术的正极材料。最早实现正极材料实用化的材料是层状钴酸锂材料,它主要的应用范围为消费电子产品,具体来说呢,就是我们之前用的音乐手机啊、MP3、MP4等这些电子产品。当初这些产品工作电压是3.7V(伏),但是经过一段时间的发展,锂电池产品经过表面包覆和掺杂后现在的容量已经可以达到180mAh\g(毫安时每克)以上。

为了避免层状钴酸锂直接和电解液接触,一般相关工作人员会提高层状钴酸锂的充电电压,比如在层状钴酸锂表面包覆一层Al2O3(氧化铝)、TiO2(二氧化钛)、ZrO2(二氧化锆gao)。接着为了进一步提高锂电池的安全性,层状三元材料、尖晶石锰酸锂这两种材料渐渐和钴酸锂一起被运用于消费电子产品和动力中。现在三元材料也一直在进行着升级,所以比容量从150增加到了200 mAh\g(毫安时每克),但是经过一系列的升级后,锂电池生产所需的环境要求也越来越高,电池的安全性也越来越有保障。

关于锂电池的正极材料其实还有一个必须要提的,那就是磷酸铁锂,这玩意儿厉害很,这玩意支撑了中国锂离子电池材料的半壁江山,前面讲的那些啊就相当于隋高祖,这玩意就相当于隋炀帝的存在,懂我意思吧?这个隋炀帝啊安全性好,具有较长的循环寿命,成本也较低,该材料可作为储能电池和动力的主打正极材料。

好,这正极材料说完了,那我们来聊聊负极材料吧。负极材料主要有石墨,石墨可以分为人造石墨和天然石墨。我国是从人造石墨负极材料的产业化发展研究开始的,经过数年的发展人们发现人造石墨负极材料中的相碳微球虽然拥有较好的性能,但是它对温度具有较高的需求,所以在成本控制上不能达到要求。天然石墨虽然价格便宜,但是天然石墨中存在一些问题需要解决。

最终目前市场上应用最为广阔的是经过改良的天然石墨。另外,软碳材料和硬碳材料是锂电池材料中作为复合电极一部分的存在,主要作用就是满足消费者在低温环境充电的需求,同时也能满足消费者快充的需求。在曾经研究的数年之间,我国的科研单位也研究了很多其他种类的金属及化合物材料,其中也有一些具有较强性能的材料,比如纳米级钛酸锂Li4Ti5O12这种材料,该材料支持快充和低温充电并在市场中获得了一定的运用。

天然石墨
天然石墨

最后我们简单讲讲关于电解质方面的研究,电解质的作用就在于可以有助于在电池之间形成具有良好性能的电子导电通道。一般在锂电池技术中适配的电解质需要满足以下几点条件,高离子导电性、抗氧化热、热力学稳定性强、环境安全、不接触毒源、费用适中。另外,水溶解电解质需要的特质为离子状态稳定,粘度小,电导率高等优点,相应的应用也比较广泛。简单介绍完锂电池技术的关键技术后,接下来我们来说一说我国发展锂电池行业的意义。

意义

为什么要发展锂电池技术呢?首先,当然是因为该技术发展前景较为广阔。不得不说锂电化、节能化、高速化将可能成为未来锂电池的发展趋势,大权觉得除了新能源汽车领域需要锂电池行业产业链的供应,其实在手机电池、电动工具、数码相机等领域也需要锂电池技术的支持。未来电力资源将作为可再生资源被广泛应用,消费者也会增加对锂电池的需求,所以未来锂电池行业发展的前景非常广阔。

现在正是毕业季,希望高考结束的同学可以适当考虑报考相关领域的专业,最终的志愿报考还是要遵循每个考生内心的想法,希望每个考生可以考上自己理想的专业以及学校。其次,发展锂电池行业能够缓解能源紧张的问题,锂电池技术在推动新能源汽车行业发展的过程中,有利于减少石油资源等不可再生资源的使用量,利用新能源有利于减少环境污染,对于保护自然环境就有举足轻重的作用。第三点,锂电池具有非常多的优点,比如锂电池轻巧、时尚、非常高级。就比如说我买了一辆新能源电动汽车,这辆车非常智能、使用轻松,车整体的重量较轻,最重要的是非常安全,如果你免费送我玛莎拉蒂,我估计还不要呢!

当今的时代正处于一个即将面临大变革、大发展的时代,所以针对锂电池技术的运用需要该领域所有相关的企业以及研究机构一起来讨论,进而通过各方的努力制定出锂电池技术应用以及后续发展的一套比较成熟的行业标准。在一次会议中,中国工程院院士吴峰表示未来我国动力电池以及其他行业的发展有利于促进我国实现能源结构的转型,同时对于实现2030碳达峰、2060碳中和目标具有现实的指导意义。未来我国锂电池以及相关行业发展将会迎来一个风口期,这也正是应证了雷军的观点,处在风口处猪也能起飞。话虽这样说,但是我觉得即使处在风口,猪起飞的方向以及猪自身的质量也将会影响猪到底能不能飞的更高、飞的更持久。

中国锂电池发展历程及关键技术插图6
中国锂电池发展历程及关键技术插图7

关于环宇源

东莞市环宇源科技有限公司成立于2009年,是一家致力于研发和生产锂离子电池组和便携式移动电源的国家高新技术企业,并提供家用型储能电源解决方案和OEM/ODM生产服务。我们拥有研发团队30余人,己获得100多项外观专利,发明专利,实用新型技术专利等。


环宇源生产工厂位于东莞黄江镇环宇源科技园内,占地面积8000平米,建筑面积近2万平米,员工人数400余人。工厂已通过IS09001认证和ISO14001认证。工厂内建立了完整的6S现场管理体系,QC团队约40人,从来料检测到出货检验均有严格管控。目前公司产品出口到多个国家和地区,产品通过UL,IEC,PSE, KC, CE, FCC等多种国际产品认证,海外市场份额占公司营收45%以上。

公司生产的便携式储能电源,可满足户外活动,自驾出行,抢险救灾,停电应急等场景的用电需求。依托环宇源多年来的电池技术积累累,大力发展便携式移动储能电源,我们有志于成长为行业内领先的储能电源制造商。

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