中国储能网讯:高比能材料是关注重点
从材料的角度看,动力电池产业的进步归根结底是材料技术的进步。材料技术是目前业内关注的焦点。电池主要分三大类:高功率的、高能量的以及能量功率兼顾的,所以对材料的开发也是针对这三大应用领域进行的。比如正极材料,目前国内应用最广泛的是磷酸铁锂,现在无论是科技部牵头制定的《电动汽车重点研发专项》、《中国制造2025》,还是已经执行完成的由工信部牵头制定的《创新工程》,这些重大项目中关于动力电池的发展问题表明,高比能量是未来动力电池发展的主要趋势。因此,无论是正极材料还是负极材料,目前关注的热点仍是高比能材料。
正极材料是以三元材料为主,尤其是高镍的三元材料,包括高镍加高电压的三元材料,是现在和今后一段时间研发和产业化的热点。
负极材料方面,现在应用最多的是石墨类材料,如人造石墨、天然石墨等。今后研发和产业化的热点将是硅碳材料,无论是纯硅的还是氧化亚硅,和高功率相结合的还有硬碳的材料。
隔膜方面,目前和今后都将以聚烯烃的材料为主,无论是聚丙烯还是聚乙烯,在动力电池上都会有应用。针对能量密度高的这样一个发展的趋势和要求,聚烯烃的隔膜是研发和产业化的热点,也就是在聚乙烯薄型化的基础上,在表面做一个陶瓷涂层,来提升电池安全性。
对电解液来说,目前依然是以六氟磷酸锂为主。一些新的电解质目前来看还是以添加剂的形式在里面进行应用,如锂FSI、锂TFSI。
材料产业发展迅速 已实现对主流电池企业供货
从产业的角度来讲,我国无论是正极、负极、隔膜和电解液,近几年都取得了很大的进展。负极材料方面,国内一些企业已经实现对国际主流电池企业的批量供货。这无论是对材料企业技术的提升还是对国内电池水平的提升,都有很大的支撑作用。
电解液目前也有很多企业实现了对国内外主流电池企业的供货,这是一个比较好的现象。
隔膜近几年提升较快,特别是聚烯烃隔膜,很多企业都在加大投资,实现了对韩国一些主流动力电池企业的供货。无论是从材料的技术还是从产业技术来看,对国内动力电池的支撑都起到了很大的作用。
技术问题仍待克服
目前,动力电池材料仍有一些现实的技术问题需要关注和克服,比如说现在为了提高电池的能量密度,做到300瓦时/公斤的水平。当然原来在应用的材料体系,基本上是以高镍三元材料和硅碳的负极材料做匹配。高镍三元材料的安全性是电池研发和产业化的难点,并且高镍材料对整个生产工艺的要求也是难点。另外,硅碳负极材料在循环过程中的体积膨胀、粉化现象等问题,也是在做高比能电池材料的研发和产业化过程中需要关注的。
梯级利用及回收的经济性需进一步考量
从梯级利用的角度来看,目前工信部、发改委都出台了一些相关政策来支持动力电池的回收和梯级利用。从目前来看,梯级利用的经济性还存在一些问题,尤其对磷酸铁锂来说,从整个投入产出来说还是算不过账来的,这是对磷酸铁锂电池做梯级利用的时候需要关注的一个问题。另外,三元材料涉及到贵重金属,像钴、锰、镍,目前的做法是把电池拆解之后,做相应的贵重金属回收后再生或者重新合成一些活性材料。从这个角度来看,只要规模能上去,经济性是可以接受的。
材料的综合利用可分两个层次去看,一是从车上使用寿命终止之后再利用,即用在储能或者电信基站后备电源的领域,需要从经济性方面做一些分析。这涉及到一些相应的标准问题,例如,我们希望把电池做到标准化,包括规格的标准化、模块的标准化,这样电池在车上退役下来之后,可以对电池做一个大类的甄别,进行重组,可以用在储能领域。但是目前从电池退役后的使用情况来看,用在储能领域的经济性仍有问题。主要表现在,电池从车上退役下来之后,剔除有问题的电池再去做组配,从经济性来看是不划算的。所以希望听一下大家的做法或意见,如何来提升电池的梯级利用,尤其从一些典型的案例来看一下。
标准日趋完善
目前,材料标准、电池标准和系统标准都比较完善。材料方面,如三元材料、磷酸铁锂材料、碳材料、碳酸锂材,都已经进行了标准的制定并发布实施。六氟磷酸锂、电解质的相应标准也已制定完成。而电池方面,主要针对车用的标准,如电池的单体、模块、系统的安全性、循环寿命、电性能,目前都已经发布实施,这些标准都是国家推荐性的标准。目前在做电池安全性国家的强制性标准,相应的技术标准对技术的提升和产业化方面有比较好的支撑作用。
(本文作者为中国电子科技集团公司第十八研究所主任肖成伟,根据会议速记整理,未经本人审核)