目前的锂电池续航能力如何?锂电池有哪些特性?
目前,新研发的电池基于材料,那么就无非是基于电池的正极、负极、电解液和隔离膜这几大块。
正极:常见的突破性材料为新型的层状氧化物,聚阴离子材料,S,新型磷酸盐系。此类工作经常发表在science, nature materials, advanced materials, advanced energy materials等顶级期刊上。比如某人,发现一个含有Co, Ni,V等金属但是又不同于主流Ni-Co-Mn三元材料的新型正极金属氧化物材料,发现性能极好。或者Li-S电池通过复合聚合物解决了S的溶解等问题。
工业界:只见你们发表循环,容量,倍率性能,那么安全、可靠性、高低温、快充性能如何。和电解液的副作用如何,穿钉、热箱、过充能过不。后面这些不考虑都是耍流氓。都多大可能量产呢。
另外,见到纳米的一律封杀,还嫌三元材料的产气不够吗。你弄个纳米的比表面积得多大,到时候全是副反应。电池才用一年,就鼓包了。另外,颗粒度多少,涂布能涂上去吗?
负极:金属锂,石墨烯,硅纳米材料等
石墨烯在学术界到处都是,已经烂大街。倒是某些人研究金属锂,能解决锂枝晶问题挺有意思。硅的理论能量密度远高于石墨,但体积膨胀厉害,后来终于在学术圈被某team各种纳米化,复合材料化花式吊打,解决了循环稳定性的问题,看起来不错哦。
工业界:纳米材料,呵呵。当前为了提高能量,负极会在石墨中掺硅,但硅顶多作为添加部分放进负极中,不会超过5%。根本不需要文章里用的那些做纯硅的屠龙纳米之术,再说了那些纳米制程都需要用到各种奇怪设备如CVD,水热釜等。我们工业界啊,最喜欢的是简单粗暴的,把几个粉放在一起混吧混吧不就好了嘛。
倒是金属锂的突破性研究还有些意思,可惜我们电池公司目前都用石墨。用金属锂的话电池电压会比用石墨上升些,自然能量也会高一点点,但是锂的成本比石墨高太多。当前上游在涨价,下游OEM在退补压力下压价,降成本是我们电池公司R&D部门的KPI重要指标,搞那么激进可不好。
电解液:新型有机电解液,水系电解液,固态电池离子导体(相当于固态电池电解液)
如这篇:Suo, L. et al. 'Water-in-salt' electrolyte enables high-voltage aqueous lithium-ion chemistries. Science350, 938–943 (2015).
工业界:哦,没有正极材料来匹配再好的电解液体系都是白搭。咱还是把当前有机体系的基于EC/DEC的体系优化好再说吧。能发明点添加剂防止过充和减缓热失效才是当务之急。
全固态电池更是只是在概念阶段。真要上固态电池,锂电的20几道环节全得改。比如当前液态锂电的涂布、卷绕、热压、注液、化成等步骤,全都得改个面目全非。这个即便是技术成熟了,也需要几年时间来更新设备。我们电池公司好不容易才更新换代了设备,切割都用激光了,组装很多都是机器人了,折腾了一两年,多不容易。
隔离膜:隔离膜的文章很少见,偶有发表一般都是在隔离膜上加辅助功能如加sensor或提高力学性能以解决安全问题等。比如能防止锂枝晶穿透。
工业界:隔离膜厚度20um以上就免谈,你弄个50um的隔离膜卷绕后咋入壳。那就降低卷绕层数呗,就可以入壳了,然而这样入壳后容量可能会降低50%,那还搞毛。
总之,材料学的一些突破就当做茶余饭后来看看就好了,那些性能都是基于某些特殊条件的拇指大的小电池才能发挥出来的。到了真正做出电池甚至是汽车用的动力电池,就放大和规模化了原本的体系,那么这些性能是否还能发挥出来是个问题;即便性能能跟着放大,还要考虑其它各种工业问题,比如高温存储,安全,产气,膨胀力问题等。
2、研究电池的目的并不是说一定要超越性能最好最稳定的锂电池,而是为了电池行业发展不断档。锂电池的核心是锂,由于锂优越的性能,导致其应用广泛,但当锂用完了呢?虽然目前不会出现这个问题,但我们不得不朝这方面发展。至少在锂用完或者没用完之前,我们得找到一种性价比更加优越或者等同于锂电池的新型电池。
3、锂电池并不悲观,在锂原材料用完前,它应该会持续这种发展态势。锂电池早已渗透进千家万户,新型电池要想超越它,除非性价比完爆,否则不可能。
4、国内外非常多的研究机构在研究新型电池,除了“2”所说的外,更多的是因为好玩吧,说不定哪天就玩出个诺贝尔奖。通过几种材料的“聚合”与“碰撞”,就能产生“电”,并且不同的材料组合产生“电”的性能也不一样,这是多么令人着迷的一件事情。