現在越來越多人因為“綠色、省錢、省心”的特點選擇電動汽車,正當消費者為不用加油松了口氣時,“買得起電車,換不起電池。”又成了個新問題。
電動車人人都知道,但了解锂電池的人就不多了。為什麼它不便宜?這要歸因于電池技術的創新與成本。锂電池是拉開電動車性能差距的核心,它的好壞直接關乎汽車的續航裡程、電池壽命、充電快慢及安全性能。
本期小石頭就锂電池研發問題,連線了中國石化科技部副總經理袁霞光:
對比全球先進,中國石化锂電池材料技術目前處于什麼水平?
經過5年持續攻關,中國石化在锂電池關鍵材料如三元正極材料、矽碳負極材料、隔膜材料、電解液材料和軟包材料等方面均取得技術突破,技術研發方面與國外水平相當。但目前還沒有全面形成工業化産能。
袁霞光提到的
正、負級材料、電解液和隔膜
可以說是锂電池的
骨骼、血液和肌肉
正極材料是锂電池的核心材料之一,對産品最終的能量密度、電壓、使用壽命以及安全性等有着直接影響,也是锂電池中成本最高的部分,約占整個動力電池成本的40%。
高鎳▲
目前常見的锂電池有兩種,三元正極與磷酸鐵锂平分秋色,其他正極材料在動力電池領域已基本被淘汰。之所以這麼起名字,是因為三元锂電池的正極材料,包含“鎳钴錳(或鋁)”3種金屬元素,鎳含量越高,電池就越耐用。
【中國石化的跨界】
目前,上海石油化工研究院已完成高鎳三元正極材料的研發,部分牌号實現試産和試銷。
負極材料是電池充電過程中,锂離子和電子的載體,主要影響電池能量密度、充放電效率。在電池成本中約占5%~10%。負極材料最早用的是石墨,但随着國家對锂電池性能要求的不斷提高,石墨負極在目前的電池應用中已發揮至極限。後來用上了矽,它的理論容量是石墨材料的10倍以上。然而,矽材料在循環過程中會産生較大體積膨脹,易導緻電池容量衰減。再後來,有研究人員把石墨和矽合二為一,變成當下最有前景的矽碳負極材料。
【中國石化的跨界】這種材料,上海石油化工研究院項目團隊已完成研發。他們還開發了矽碳負極配套的石墨烯導電劑,解決了市售炭黑類導電劑内阻大等問題,顯著提升了矽碳負極大倍率充放電的循環穩定性,為矽碳負極下遊推廣試用提供技術支撐。
電解液被稱為锂離子電池的“血液”, 是電池正負極之間用以傳導離子的通道。充電放電時,就如同一場螞蟻搬家式的接力賽。
電解液的組成▲
電子,在正負極間來回跑;離子,在電解液裡來回跑,而電解液,就相當于離子的高速公路。
它對電池的比容量、工作溫度範圍、循環性能和安全性能等起着至關重要的作用。
【中國石化的跨界】
上海院經過多年探索,以溶劑、添加劑和配方為核心,建立了電解液基礎研究—材料合成—評價應用的系統開發流程,所開發的電解液不僅性能高,而且安全穩定。
隔膜是一種特殊材料,隔開正負極的同時,也能讓電解質中的離子順利通過,實現充放電。
揚子石化锂電池隔膜料樣品
目前,中國石化揚子石化生産的超高分子量聚乙烯電池隔膜料(UHMWPE),是目前國内市場綜合性能最優的隔膜材料之一。
UHMWPE隔膜料
【中國石化的跨界】
2017年,揚子石化首次實現了超高分子質量聚乙烯隔膜專用料的工業化試生産,填補了國内空白,成為國内首家成功開發锂電池隔膜料的生産企業。
怎麼樣
當你駕駛着電動車行駛在馬路上時
可曾想到一塊電池背後
竟也有這麼大的學問
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