电池百科
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锂电池浆料是一个复杂的多相混合非牛顿型流体。正极浆料由活物质、导电剂、粘结剂及溶剂组成。目前市场化的锂电池正极材料包括钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂和三元材料等产品,导电剂主要有炭黑、碳纳米管、导电石墨等,粘结剂分为水系和油系粘结剂,对应的溶剂有水系的去离子水和油系的NMP溶剂。
起点研究院(SPIR)数据显示,2019年一季度国内动力电池总装机量为12.32GWh,其中方形电池装机量10.11GWh,同比增长205%,软包电池装机量1.2GWh,同比增长200%,圆柱电池装机量1.01GWh,同比增长44%。
锂离子电池的主要部件有正极、负极、电解液、隔膜等,锂离子能量的存储和释放是以电极材料的氧化还原反应形式实现的,正极活性物质是锂离子电池最为关键的核心材料。
电池的生产工艺非常复杂,即使进行严格控制,也不能完全避免生产过程中的金属杂质或毛刺。若电池内部出现杂质、毛刺或枝晶,经过放大和恶化导致电导率升高,温度上升,化学反应和放电发热所产生的热量不断累积,最终可能造成电池的热失控。
任何一种新的电池材料的开发通常经过实验室研发、小试、中试以及规模放大和商业化应用五个阶段。其中实验室研发阶段是对材料性能测试、验证以及价值判断的必要阶段。
锂离子电池四大关键材料包括正极、负极、隔膜、电解液,其中电解液在电池正负极之间进行离子和离子化合物的传输,它的性能直接决定了锂电池的电导率、容量和输出电压。电解液一般由高纯度的有机溶剂、溶质和少量添加剂按一定比例配制而成,其主要组成部分如图所示。
近年来,新能源汽车对动力电池高倍率充放电性能的要求越来越高,而内阻是影响电池功率性能和放电效率的重要因素,它的初始大小主要由电池的结构设计、原材料性能和制程工艺决定。
锂电浆料需要具有较好的稳定性,这是电池生产过程中保证电池一致性的一个重要指标。随着合浆结束,搅拌停止,浆料会出现沉降、絮凝聚并等现象,产生大颗粒,这会对后续的涂布等工序造成较大的影响。本文将介绍一下锂电浆料特性和分散机理。
锂电池容量偏低是什么原因?电池容量是衡量锂电池性能的重要性能指标之一,容量缩减跟锂电池的原理有很大一部分的原因,锂电池组容量降低,除去电芯本身的老化、衰退之外,还有一个更普遍、更重要的因素,就是自放电率不同,导致的串联电芯电量不平衡,最终导致锂电池容量降低不耐用。
正极材料:正极是决定锂电池性能和成本的重要因素,也是制约电池容量进一步提高的关键因素;是电池能量密度提高的关键技术突破方向,从磷酸铁锂(LFP)、三元到高镍三元,电池能量密度不断提升。正极材料在动力电池生产成本中占20%-30%。
高工产研锂电研究所(GGII)数据显示,2018年全球动力电池出货106GWh,同比增长55.2%,2014~2018年的全球动力电池年复合增长率为69.6%。
正极材料一直是锂离子电池核心,它的选择直接决定了电池性能的高低。正极材料的选择主要是,可逆脱锂和嵌锂的过渡金属氧化物,是锂离子电池的重要成分之一。锂离子正极材料主要以氧化物为主,目前,LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等锂化物都是常见的正极材料。
锂电池的一致性,眼前看,是指一组锂电池重要特征参数的趋同性,是一个相对概念,没有最一致,只有更一致。同一个电池包内的多串电芯,每一个参数,最好全部处在一个较小的范围内,是为一致性好。
据美国《科学进展》杂志近日消息,美国西北大学研究团队研发出一种全新材料,可用于制造性能稳定的大容量锂离子电池,从而大幅提升智能手机、电动汽车等的续航时间,甚至可以延长到目前的两倍多。
作为三元锂电池的正极材料之一,钴由于其稀缺性成为战略性的稀有金属资源,全球66%的钴产量都出自政局不稳定的刚果(金),导致其储量有限、价格攀升,成为新能源汽车发展的掣肘。因此,汽车厂商以及电池企业都在研发降低钴在三元锂电池材料配方中的比例,一些企业甚至已经开始研发无钴电池,只是目前看来,无钴化解决方案尚难以实现。