一旦正極材料實現突破,也必然要求鋰電池整個材料體系發生變化,只有這樣才能實現鋰電池性能根本性提升。當然,隔膜、電解液要實現突破也是存在難度的,相較而言,負極材料突破的難度就小得多。另外,電池制備技術和電池成組技術進步也是必要的,這也是提升鋰電池比能量以及降低成本的重要因素。

江蘇智航新能源  18650電芯

    近期科技部發布了《國家重點研發計劃新能源汽車重點專項實施方案(征求意見稿)》,明確提出動力電池的單體比能量2015年底達到200瓦時/公斤,2020年達到300瓦時/公斤。

  眾所周知,當前各種不同材料的鋰電池單體比能量最高也就在200瓦時/公斤,這已經是部分鋰電池的極限,而單體比能量300瓦時/公斤已經超出了部分鋰電池的理論值。未來鋰電池究竟該走向何方?

  技術在進步 但缺乏革命性改變

  回首過往十年,鋰電池技術在不斷進步,最為明顯的感受就是電池容量明顯增加了。用過筆記本電腦的人都知道,2005年筆記本電腦的續航時間一般都在2個小時左右,差點只有1個小時,而現在筆記本電腦的續航時間普遍在5個小時以上,有的甚至可以達到10個小時。

  技術進步的另一明顯好處就是價格在不斷下滑。價格下滑使得鋰電池的應用領域在不斷擴大,擠占鎳氫、鎳鎘、鉛酸等二次電池的市場。

  其他方面的進步還包括:電池種類不斷豐富,聚合物鋰電池開始占據行業主導地位,方形、圓柱形、軟包電池逐步形成三足鼎立之勢;充電時間明顯縮短,10年前一塊手機電池充滿需5-6個小時,現在一般只要2-3個小時,這還是在容量翻倍的情況下……

  客觀來看,鋰電池在這十年間的技術進步的確很大,但缺乏革命性的改變。鋰電池與10年前沒有兩樣:結構沒有發生變化,主要配套材料基本沒有變化。尤其是正極材料還與10年前一樣,還是鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰這四種。有變化的只是不同材料的市場占比,10年前是鈷酸鋰的天下,現在則是鈷酸鋰、錳酸鋰、三元材料和磷酸鐵鋰四分天下。

  LiCoPO4、Li3V2(PO4)3等高電壓以及高比能量正極材料報道屢見不鮮,硅負極、金屬負極等能夠解決一切問題的新型負極材料頻繁見諸報端,石墨烯、碳納米管等新材料應用于鋰電池也經常出現在媒體頭條,玻璃陶瓷、離子液體等新型電解質層出不窮。能量密度更高、單位成本更低、循環次數更多、充電速度更快……論文有很多,投資也很大,但實際產品卻還沒有。

  然而,下游應用市場正在發生根本性變化,手機已經完成了從功能手機到智能手機的變革,平板電腦盡管還不能取代筆記本電腦,但已經占領了部分市場,電動汽車的興起正在引領汽車革命,可穿戴設備正在快速興起,這些都對鋰電池提出了更高的要求。

  事實是,目前鋰電池還達不到智能手機、電動汽車提出的要求。2005年手機電池容量只有1000mAh左右,其待機時間可以輕松到1周,正常使用2天沒有問題,而現在容量達到3000mAh的手機待機時間能有2天就不錯了,實際用起來連一天都堅持不了。

  作為消費電子產品,手機充電非常方便,不管是在家還是在單位都很容易解決。而移動電源的出現進一步解決了外出無法充電難題,所以手機電池問題還不是很突出。

  但電動汽車就完全不一樣了。大部分電動汽車的續航歷程只有200公里左右,這與內燃機汽車500-600公里的續航歷程相比差距甚遠,就算是特斯拉也只能達到400公里,這是增加了大量鋰電池的結果。

  這還不是最大的問題,真正影響電動汽車使用的還是充電時間長、充電設施嚴重不足。正常速度下,電動汽車的動力鋰電池完全充滿需要4-8個小時。如果加快速度的話,可以在1-2小時內充滿,但會影響到動力鋰電池的性能及壽命。

  已有實驗證明,如果一直采用快速充電,動力鋰電池的壽命會驟減至原來的三分之一,且電池性能會顯著下滑,安全事故發生概率大大增加。內燃機汽車則不存在這樣的問題,加油或者加氣時間不超過5分鐘,安全性和穩定性都能夠保證,加上現在加油站非常普遍,使用非??旖莘奖恪8鼮橹匾氖?,鋰電池作為汽車動力的成本太高,已經占到電動汽車總成本的一半左右。

[責任編輯:趙卓然]

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