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未来锂电池发展的新方向

发布日期:2019-09-07 浏览:37 次  
 
        今年六月份,美国圣地亚哥举行了第19届车载锂电池前瞻技术国际会议。目前,车载锂电池领域主要的开发方向大都是如何提高锂电池能量密度与Pack能量密度,从而进一步提高电动汽车续航里程,以及电气化的低成本或者轻量化的方向。然而,在本届会议上,我们看到了一些稍显不同的方向,比如如何利用锂电池的高安全性、对包装的限制、高阻燃性和高耐热温度、可安全使用的宽范围充电状态等,来提高Pack性能,或者是利用小容量电池实现电动化。
 
        例如不仅仅靠提升锂电池能量密度,而是利用其他方法来提升锂电池pack的能量密度,或是实现低成本化。包装材料高达总质量的17% 美国陆军研究实验室电化学材料专家Arthur Cresce所在实验室正在开发高安全性且几乎没有包装限制的电池技术。如果使用该技术,则可以简化锂电池组的包装,并且可以通过减轻重量来提高锂电池组的能量密度。“目前的锂离子电池使用许多组件和部件来防止碰撞或过充等等的危险事件。固体聚合物锂电池由于聚合物电解质的高安全特性,使得削减相关的组件或部件成为可能。美国A123系统公司的锂电池产品开发副总裁强调:“届时用于防碰撞的金属结构,以及用于过充保护的继电器和其他电子元件都可能被省略”。
 
        东芝公司的想法是采用钛酸锂氧化物作为负极的锂电池。由于其能量密度低于普通锂电池,因此必须堆叠“1.5倍”才能达到相同的容量。如果可以实现装机容量减半,无疑是有效降低成本的好方法。如果装机容量减半,那么这种锂电池的成本就相当于普通锂电池的成本。同时,此种锂电池封装时不需要被夹紧固定(紧密包装),冷却方式也可以直接采用自然冷却,所以能够进一步降低成本。以这种方式,不同于提升锂电池的能量密度,而是利用一些其他的特性来提升锂电池的性能,这种方法在汽车锂电池领域开始逐渐被关注。
 
        省略排气和冷却的空间、部件及材料。丰田锂电池生产工程部总工程师在接受记者采访时指出:“对于使用固体电解质的全固态锂电池来说,相比现有的锂电池,可以省略对锂电池组必不可少的排气和冷却空间和系统。它有可能使锂电池组的体积能量密度翻倍。“现有的锂电池通常使用可燃的有机电解液作为电解质。该电解液在80度以上温度下会分解产生气体,更恶劣的情况还会导致爆炸,冒烟或起火。因此,排气和冷却的空间和系统是必不可少的。而全固态锂电池中使用的固体电解质具有阻燃性,即使在200度时也不会燃烧,并且耐热性能够承受80~150度的高温,因此对于节省空间和系统有很大帮助。
 
        通过凝胶化和凝固提高电解液安全性。现有的锂离子电池使用可燃性有机电解液作为电解质。通过将电解液改为凝胶或固体聚合物电解质,锂电池安全性得到改善,而且对于能量密度的提高和作为锂电池组的成本降低也有帮助。
 
        不易燃、无毒且耐损坏,超安全。经过锂电池穿刺试验,锂电池的最高温度低至27.8℃,没有排放物或着火。在测试期间锂电池电压逐渐降低,并且即使在钉刺穿1小时半后仍保持超过4.06V的电压,显示了超高的安全性。
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