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鉅大LARGE    點擊量︰595次    2020年(nian)02月13日  

摘(zhai)要
全固(gu)態(tai)鋰離子電池采用(yong)固(gu)態(tai)電解質替代傳統有機液(ye)態(tai)電解液(ye),有望從根本(ben)上解決電池安(an)全性問題,是電動汽(qi)車理(li)想(xiang)的化學電源。

2019年(nian),對新(xin)能源汽(qi)車產業(ye)鏈企業(ye)而言,都是頗為艱難(nan)的一年(nian)。補(bu)貼退坡long) jiang)本(ben)壓力(li)大、資金鏈緊(jin)張(zhang),不少企業(ye)在陣痛中掙扎求生。


由于受整體銷售狀(zhuang)況持續不佳的影響,新(xin)能源汽(qi)車行業(ye)部(bu)分整車及動力(li)電池廠商(shang)的資金周轉出(chu)現了sou)沽li),一些企業(ye)因客(ke)戶未能按(an)約支付貨款,大幅(fu)增加計(ji)提對其應(ying)收zhao)絲畹幕嫡俗急bei),對企業(ye)的經營業(ye)績產生不利影響。


在此背景下,2月10日工(gong)信部(bu)發布了“關于修改《新(xin)能源汽(qi)車生產企業(ye)及an)紛既牘芾li)規定》的決定(征求意見稿)”。


此次征求意見稿主要取消了原(yuan)規定中xie)摹吧杓ji)開(kai)發能力(li)”要求,把此部(bu)分調整為了“技(ji)術保(bao)障能力(li)”要求,要求企業(ye)應(ying)具(ju)備(bei)與生產的新(xin)能源汽(qi)車產品相適應(ying)的技(ji)術保(bao)障能力(li);還能夠對整車和自制部(bu)件有測試能力(li),能夠評價(jia)、確認與技(ji)術保(bao)障能力(li)相關的技(ji)術要求。


從技(ji)術保(bao)障能力(li)來(lai)看,要求企業(ye)在生產過程中xie)募ji)術把控能力(li),主要確保(bao)的是生產品質和一致性,測試能力(li)也是為了保(bao)障生產出(chu)來(lai)的產品符(fu)合汽(qi)車產品所需的技(ji)術要求。


此次意見稿的調整,意味著(zhou)新(xin)能源汽(qi)車生產企業(ye)可以(yi)不具(ju)備(bei)自有xie)納(na)杓ji)開(kai)發能力(li),只要保(bao)證(zheng)生產所需的技(ji)術保(bao)障能力(li)就行。


01


動力(li)電池是新(xin)能源電動汽(qi)車的核心零(ling)部(bu)件,新(xin)能源汽(qi)車產業(ye)的不景氣,動力(li)電池產業(ye)自然不能幸免。從這一點來(lai)看,征求意見稿對新(xin)能源汽(qi)車行業(ye)的要求,同樣適用(yong)于動力(li)電池行業(ye)。


把yan)帳諧》fang)向(xiang),順應(ying)時bei) 梗 誦募ji)術革新(xin),才(cai)是硬道理(li)。技(ji)術質量過硬,始終是企業(ye)發展的保(bao)障,市場的導向(xiang)。


電池技(ji)術發展到今天(tian),可以(yi)說相對已(yi)經比較成熟了,但(dan)也同樣遇上了瓶頸bao) 斃櫳xin)一代技(ji)術的誕(dan)生,尤(you)其是新(xin)能源領域。


固(gu)態(tai)電池是有望成為下一代動力(li)電池技(ji)術中,呼吁聲最高的一種。因為全固(gu)態(tai)電池不僅(jin)技(ji)術成熟度(du)相對較高,國(guo)內外眾多鋰離子電池企業(ye)也已(yi)將(jiang)全固(gu)態(tai)電池技(ji)術作為重要的下一代技(ji)術儲備(bei)。


此外,固(gu)態(tai)電池還是2019年(nian)獲得諾貝(bei)爾化學的約翰(han)?班寧斯(si)特?古迪納(na)夫等一批國(guo)際頂尖學者極力(li)支持的技(ji)術。無(wu)論是主觀還是客(ke)觀,發展固(gu)態(tai)電池都是必然選擇。


在固(gu)態(tai)電池技(ji)術發展早期(qi),由于固(gu)態(tai)電解質材料(liao)電導率相對較低,研發的重點多集(ji)中在提高固(gu)態(tai)電解質的電導率方(fang)面,因此具(ju)有高離子電導率的硫化物電解質和氧化物固(gu)態(tai)電解質吸引了si)惴汗刈 /p>


全固(gu)態(tai)鋰離子電池采用(yong)固(gu)態(tai)電解質替代傳統有機液(ye)態(tai)電解液(ye),有望從根本(ben)上解決電池安(an)全性問題,是電動汽(qi)車和規模化儲能理(li)想(xiang)的化學電源。其關鍵主要包括制備(bei)高室溫電導率和電化學穩(wen)定性的固(gu)態(tai)電解質以(yi)及適用(yong)于全固(gu)態(tai)鋰離子電池的高能量電極材料(liao)、改na)頻緙固(gu)態(tai)電解質界面相容性。


02


固(gu)態(tai)鋰電池是基于鋰電池開(kai)發的,相比傳統的鋰電池,主要是不再用(yong)液(ye)態(tai)或是膠(jiao)質作為正(zheng)負極之間的傳導材料(liao),從而大幅(fu)度(du)提高了汽(qi)車安(an)全性、耐(nai)高溫能力(li)能。具(ju)有高安(an)全性、高能量密度(du)、長循環壽命、寬工(gong)作溫度(du)範(fan)圍(wei)等優點,其中非常核心的就是固(gu)態(tai)電解質。


從技(ji)術路徑來(lai)講(jiang),固(gu)態(tai)電解質主要可分為氧化物電解質,硫化物電解質,有機聚合物電解質,LiPON型電解質等。


氧化物固(gu)態(tai)電解質按(an)照(zhao)物質結構可以(yi)分為晶態(tai)和玻璃態(tai)(非晶態(tai))兩類,其中xin) tai)電解質包括鈣(gai)鈦(tai)礦型、NASICON型、LISICON型以(yi)及石榴石型等,玻璃態(tai)氧化物電解質的nan)芯(xin)咳鵲閌怯yong)在薄膜(mo)電池中xie)iPON型電解質。


氧化物晶態(tai)固(gu)體電解質化學穩(wen)定性高,可以(yi)在大氣環境下穩(wen)定存(cun)在,有利于全固(gu)態(tai)電池的規模化生產。研xin)咳鵲閽謨諤岣呤椅呂胱擁緄悸始捌漵氳緙 南噯菪粵椒fang)面。目前,改na)頻緄悸實姆fang)法主要是元素替換和異價(jia)元素摻雜,與電極的相容性也是制約ji)漵ying)用(yong)的重要問題。


硫化物晶態(tai)固(gu)體電解質最為典型的是thio-LISICON,由東京工(gong)業(ye)大學KANNO教授最先在Li2S-GeS2-P2S體系中發現,化學組成為Li4-xGe1-xPxS4,室溫離子電導率最高達(da)2.2x10-3S/cm(其中x=0.75),且ye)繾擁緄悸士珊雎浴hio-LISICON的化學通式為Li4-xGe1-xPxS4(A=Ge、Si等,B=P、A1、Zn等)。


硫化物玻璃固(gu)體電解質通常由P2S5、SiS2、B2S3等網絡形成shang)逡yi)及網絡改性體Li2S組成,體系主要包括Li2S-P2S5、Li2S-SiS2、Li2S-B2S3。組成變(bian)化範(fan)圍(wei)寬,室溫離子電導率高,同時ben)ju)有熱穩(wen)定高、安(an)全性能好、電化學穩(wen)定窗口寬(達(da)5V以(yi)上)的特點,在高功率以(yi)及高低溫固(gu)態(tai)電池方(fang)面優勢突出(chu),是極具(ju)潛力(li)的固(gu)態(tai)電池電解質材料(liao)。


聚合物固(gu)態(tai)電解質由聚合物基體(如聚酯、聚黴和聚胺等)和鋰鹽(yan)(如LiClO4、LiAsF4、LiPF6、LiBF4等)構成,因其質量較輕、黏(nian)彈性好、機械(xie)加工(gong)性能優良等特點而受到了si)惴旱墓刈 /p>


常見的SPE包括聚環氧乙烷(PEO)、聚丙烯 (PAN)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚環氧丙烷(PPO)、聚偏氯(lv)乙烯(PVDC)以(yi)及單離子聚合物電解質等體系。


目前,主流的SPE基體仍為最早被提出(chu)的PEO及其衍生物,主要得益于PEO對金屬鋰穩(wen)定並且可以(yi)更好地解離鋰鹽(yan)。


LiPON型電解質是美國(guo)橡樹嶺國(guo)家實驗室(ORNL),在高純氮(dan)氣氣氛中采用(yong)射頻磁控濺(jian)射裝置(zhi)濺(jian)射高純Li3P04靶制備(bei)得到鋰磷(lin)氧氮(dan)(LiPON)電解質薄膜(mo)。


據(ju)了解,該(gai)材料(liao)具(ju)有優秀的綜(zong)合性能,室溫離子導電率為2.3x10-6S/cm,電化學窗口為5.5V(http://vs.Li/Li+),熱穩(wen)定性較好,且與LiCoO2、LiMn2O4等正(zheng)極以(yi)及金屬鋰、鋰合金等負極相容性良好。LiPON薄膜(mo)離子電導率的大小取決于薄膜(mo)材料(liao)中非晶態(tai)結構和N的含量,N含量的增加可以(yi)提高離子電導率。


2020年(nian),彌漫在全國(guo)的新(xin)型冠狀(zhuang)病毒(du)肺炎又給(gei)產業(ye)鏈蒙上了厚(hou)重的陰霾,以(yi)及an)bu)貼退坡等因素為行業(ye)帶(dai)來(lai)的不利影響仍在持續,這一年(nian)注定不好過,業(ye)界同仁還需同舟共濟、共渡難(nan)關。


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