目前新能源汽車業(yè)內(nèi)比較火熱的動(dòng)力電池是磷酸鐵鋰電池和三元電池,被寄予厚望的富鋰錳基電池則一直不溫不火。電動(dòng)汽車資源網(wǎng)獲悉,7月工信部公示的第310批新車公示中,富鋰錳基電池出現(xiàn)在配套名單中,由浙江遨優(yōu)動(dòng)力提供配套,配套的車型為江蘇陸地方舟新能源車輛股份有限公司生產(chǎn)發(fā)陸地方舟牌RQ5026XXYEVZ1純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車和新日(無錫)發(fā)展有限公司生產(chǎn)的新日牌XRF5032XXYBEV純電動(dòng)廂式運(yùn)輸車,這不管是在中國還是全球均屬首次。

前途不可限量的富鋰錳基

我國高度重視新能源汽車產(chǎn)業(yè),將新能源汽車列為七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一。對(duì)于新能源汽車而言,不管國家的支持政策如何,決定其發(fā)展的關(guān)鍵因素仍是能否滿足消費(fèi)者的需求。目前,受限于動(dòng)力電池技術(shù)水平,大部分商業(yè)化的純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程仍然偏低,消費(fèi)者對(duì)其存在著嚴(yán)重的“里程焦慮”,購買欲望不強(qiáng)。電動(dòng)汽車資源網(wǎng)了解到,純電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航達(dá)到320公里,可以滿足大多數(shù)消費(fèi)者的使用需求;續(xù)航達(dá)到600公里,接近于燃油車滿油狀態(tài)下的續(xù)航里程,才能消除消費(fèi)者的“里程焦慮”。因而,研發(fā)出新一代高能量密度的動(dòng)力電池,是動(dòng)力電池未來技術(shù)發(fā)展的必然要求和趨勢(shì)。

就目前行業(yè)的技術(shù)來說,降低電芯非活性物質(zhì)質(zhì)量來提高動(dòng)力電池能量密度的技術(shù)已經(jīng)觸頂,通過使用能量密度更高的正負(fù)極材料來提高動(dòng)力電池的能量密度是更有效的方法。電動(dòng)汽車資源網(wǎng)了解到,在已知的正極材料中,富鋰錳基正極材料放電比容量高達(dá)300mAh/g,是當(dāng)下已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料放電比容量的一倍左右,非常適合用來做新一代高能量密度動(dòng)力鋰電池正極材料。富鋰錳基材料具有成本低、容量高、無毒安全等優(yōu)點(diǎn),用來做正極材料能夠滿足動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的使用要求。在解決了相關(guān)制約技術(shù)問題后,富鋰錳基正極材料具有放電比容量的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)將有利于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的大規(guī)模推廣。

富鋰錳基合成方法及存在問題

富鋰錳基正極材料主要有以下幾種合成方法:

一、共沉淀法。共沉淀法是將幾種過渡金屬離子在原子級(jí)水平上均勻混合,樣品的形貌易于形成規(guī)則球形,且粒徑分布均勻。

二、溶膠-凝膠法。此方法合成的富鋰錳基電化學(xué)性能相對(duì)優(yōu)良,但產(chǎn)物的形貌不易控制,常需要花費(fèi)大量昂貴的有機(jī)酸或醇,成本較高。

三、固相法。固相法要求對(duì)原料要有很好的混合,并在煅燒過程中要保證幾種過渡金屬離子有充分的擴(kuò)散。

富鋰錳基正極材料的放電比容量有絕對(duì)優(yōu)勢(shì),但要將它應(yīng)用在動(dòng)力電池上,還有很長(zhǎng)的路要走,因?yàn)槠溥€存在著以下幾個(gè)技術(shù)性難題:

一、首次循環(huán)不可逆容量相對(duì)較大。研究表明,其首次庫侖效率通常在75%,經(jīng)過改性處理后能夠達(dá)到88%左右。這是因?yàn)槭状纬潆娭?.5V以上時(shí),晶格中的O2-伴隨著Li+以Li？O的形式脫出,為了保持電荷的平衡,表層的過渡金屬離子會(huì)遷移至體相,占據(jù)Li+脫出留下的八面體位,從而導(dǎo)致放電時(shí)Li+無法完全回嵌,造成不可逆的容量損失。因此,企業(yè)在進(jìn)行電池工業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候,必須考慮到正極的首次使用效率,避免因?yàn)樨?fù)極質(zhì)量設(shè)計(jì)不足而導(dǎo)致金屬鋰枝晶的形成。

二、電壓平臺(tái)下降,循環(huán)穩(wěn)定性能差。由于充放電過程中Mn離子向鋰層中的鋰空位遷移,引起材料的層狀結(jié)構(gòu)逐漸向類尖晶石相轉(zhuǎn)化。此外,由于材料工作電壓窗口較高,想要容量完全發(fā)揮出來,全電池的電壓范圍就必須設(shè)置在2.0~4.7V,而目前大部分商業(yè)化的電解液仍不能滿足需求。一般來說,循環(huán)測(cè)試時(shí)的電壓窗口設(shè)置在2.5~4.5V,因此限制了富鋰錳基正極材料高比能優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。所以就需要通過表面包覆、體相摻雜、顆粒納米化等方法對(duì)富鋰錳基正極材料進(jìn)行改性處理。此外,還要使用相匹配的高壓電解液。

三、儲(chǔ)存性能和涂覆性能相對(duì)較差。儲(chǔ)存性能是影響正極材料能否實(shí)用化的一個(gè)關(guān)鍵因素,生產(chǎn)、貯藏、運(yùn)輸及電池的制造過程中,正極材料的各項(xiàng)物理化學(xué)性能均必須保持穩(wěn)定。相關(guān)研究表明,由于富鋰錳基正極材料堿度較大且表面粗糙,相比鈷酸鋰等正極材料更容易吸潮,因此在動(dòng)力電池的制備過程中,必須嚴(yán)格控制水分,以免產(chǎn)生涂覆過程中黏附力下降以及電池脹氣等問題。

盡管富鋰錳基在發(fā)展過程中還存在著各種問題,但此次其首現(xiàn)配套可以說讓我們看到了富鋰錳基走向商業(yè)化的一絲曙光。富鋰錳基能否成為未來主流的正極材料,我們且看且期待。