電池知識
鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
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鋰離子、磷酸鐵鋰、錳酸鋰、新能源
道路蜿蜒的富鋰錳基動力電池終于也將迎來前途光明的的將來，新一代300-400Wh/kg動力鋰離子電池，是將來鋰電的發展主流，行業對于新一代高容量正極材料的需求顯得尤為急切。
相較于目前業內趨之若鶩的高鎳三元電池和全固態鋰離子電池，被寄予厚望的富鋰錳基電池范疇則一直顯得不溫不火。
電動車是處理能源和環境問題的新型戰略產品，但目前電動車仍面臨續航里程短、成本偏高和安全性有所欠缺等問題，嚴重制約了電動車的大規模推廣使用。因而，研究開發新一代300-400Wh/kg動力鋰離子電池，是將來鋰電材料及技術發展的必然趨勢。
同時，從目前的技術來看，通過降低電芯中非活性物質的質量比來提高電池的能量密度，幾乎已經達到了技術的極限，采用具有更高能量密度的正負極材料是提高電池能量密度更為有效的技術途徑。
我們了解，設計電池的第一準則是容量匹配，也就是正負極的容量要匹配。而目前鋰電池的正極比容量很低，在電池中的質量非常大（1克石墨負極材料要匹配2克以上正極材料）;如果用硅碳負極，正極材料的匹配量更大。因此，行業對于新一代高容量正極材料的需求顯得尤為急切。
在已知正極材料中，富鋰錳基正極材料放電比容量達250毫安時/克以上，幾乎是目前已商業化正極材料實際容量的兩倍左右;同時這種材料以較便宜的錳元素為主，貴重金屬含量少，與常用的鈷酸鋰和鎳鈷錳三元系正極材料相比，不僅成本低，而且安全性好。因此，富鋰錳基正極材料被視為下一代鋰動力電池的理想之選，是鋰離子電池沖破400瓦時/公斤，甚至500瓦時/公斤的技術關鍵。
日前，中國科學院院士、中國電動車百人會執行副理事長歐陽明高在一場熱點問題交流會上表示，就國內動力電池主要技術的進展來看，2020年動力電池單體300瓦時/公斤的目標是可以做到的。到2025年，我們希望沖擊400瓦時/公斤的目標，這時候要改變的是正極材料。可選的正極材料有好幾種，目前新能源汽車重點專項取得沖破性進展的是高容量富鋰錳基正極材料。歐陽明高說道。
雖然富鋰錳基正極材料具有放電比容量的絕對優點，但要將其實際使用于鋰動力電池，非得處理以下幾個關鍵技術問題：一是降低首次不可逆容量損失;二是提高倍率性能和循環壽命;三是抑制循環過程的電壓衰減。目前處理這種材料問題的手段很多：包覆、酸解決、摻雜、預循環、熱解決等辦法，但是這些辦法只能在某些方面提升材料的性能，還沒有萬全之策。也因此，有業內人士甚至預測，實現富鋰錳基動力電池的產業化使用并不實際。
可以看見，前景雖美妙，但是富鋰錳基動力電池距離實際使用還有很遠的路要走。但電池中國網也知道到，國內對富鋰錳基材料的研究自2010年開始升溫以來，一些科研單位及電池企業的探索就從未停止。
目前有兩個科研單位承擔了該前沿基礎項目。一個是物理所，通過表面改性使得富鋰錳基正極的電壓衰減問題得到了較好的處理，充放循環100周后衰減控制在2%以內，應當說這是一個重大的進展。另外一個是北京大學的團隊，首次研制出了克容量400毫安時/克的富鋰錳基正極材料，這對于實現400瓦時/公斤甚至更高的電池能量密度目標是大有裨益的，但目前循環性還不是很好。
在企業方面，從中國化學與物理電源行業協會動力電池使用分會2017年調研情況來看，包括遨優動力、中航鋰電等多家企業均有富鋰錳基動力電池范疇的規劃布局。
當升科技的一種鋰電池富鋰Mn基正極材料前驅體的制備辦法于2017年9月獲得國家發明專利。據知道，該發明通過共沉淀法制備出密度和球形度高、流動性好的富鋰錳基正極材料前驅體，且產量高，工藝簡單，環境友好，有助于實現富鋰錳基正極材料的大批量加工。但該發明專利目前尚未使用于當升科技的實際加工中。
此外，江特電機量產富鋰錳基正極材料，技術水平已達國際先進，制造工藝已申請專利;國軒高科也有一項富鋰錳基正極材料的制備辦法發明專利。
而遨優動力已經走在了行業前列。2017年12月，遨優動力宣布，公司研發團隊經過8年的潛心研發，通過材料納米化和碳層包覆技術，在電池制作過程中使用多種復合導電劑（如石墨烯、碳納米管等高導電性物質）提高材料倍率性能，成功研發制備出富鋰錳基軟包裝動力電池。據遨優動力總經理陳光森博士解析，目前已經可以穩定量產的富鋰錳基動力電池能量密度達200-220Wh/kg，預計2020年可達350Wh/kg。
筆者認為，從正極材料發展方向而言，富鋰錳基材料同時具備高電壓、高容量優點，且成本比三元材料低，隨著將來富鋰錳基正極材料的成熟，以及高電壓電解液等配套關鍵材料技術的沖破，富鋰錳基動力電池成為將來高比能鋰動力電池的主流產品也未可知。需要留意的是，全產業鏈的緊密合作才能讓富鋰錳基動力電池產業化走得更快、更穩。
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