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第36届国际电池研讨会和展览会上 电池界大佬们都说了些什么?

2019-04-29 15:39
微锂电
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25年前,锂离子电池改变了世界,使手机和笔记本电脑等能源密集型便携式电子产品成为可能。这种重量轻、能量密度高的锂离子电池现在正准备为交通运输的电气化提供动力。刚刚过去的一个月,数百名关键人物在佛罗里达州劳德代尔堡举行的第36届国际电池研讨会和展览会上会面。来自电池制造、采矿和材料、汽车生产、电动工具、家用设备、便携式电子设备、电池分析仪器、市场战略和咨询以及大学研究实验室的代表们齐聚一堂,分享最新进展,并讨论这项关键技术的未来前景和挑战。

第36届国际电池研讨会和展览会上 电池界大佬们都说了些什么?

大会探讨的主要内容

石墨作为商业锂离子电池几乎通用的负极材料,已经被大学和工业实验室的数百个研究小组进行了深入的研究。尽管如此,通用汽车化学及材料实验室总监Mark Verbrugge和他的同事提出了证明,显示锂插入石墨的容量-电压曲线中有几个被忽视的特征。电池研究的一个标准做法是通过分析容量-电压曲线的导数来确定反应发生的次数,但是噪声或过平滑的数据可以隐藏特征。通用汽车团队开发了一种自适应宽度数值平滑方法,揭示了石墨的附加特性,并可应用于其他电池系统。

开发下一代电池材料的研究人员面临的一个问题是了解不同原始设备制造商(OEMs)的具体要求。在便携式技术、电动汽车和电网规模的储能之间,能量-功率-重量-体积-成本的平衡可能会有很大差异。福特的Bob Taenaka直言,体积性能指标(Wh×L-1, W×L-1)是电动汽车的关键。来自SharkNinja(美国清洁和厨房小家电公司)的李佳英(Chia-Ying Lee)也对机器人和手持吸尘器等家用电子产品表达了同样的看法。汽车客车工业公司(Motor Coach Industries)的Michael McDonald指出,电动巴士的可用空间更大,他建议,电动巴士的应用需要在大小和重量之间取得平衡。另一方面,公交巴士需要最小的行驶距离,这可以通过再生制动、公交车站快速充电和电池寿命将性能重点转移到效率上。

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在美国,钴酸锂曾经一直是锂离子电池的主要正极材料。现在在电动汽车领域,我们看到了锂电池向含镍的化学物质的转变,例如大多数原始设备制造商(OEMs)生产的镍钴锰酸锂含60-80%的镍(称为NMC622、NMC811),以及特斯拉生产的镍钴铝酸锂含约80%的镍 (称为NCA)。钴价格昂贵,而且地理位置集中在刚果,因此降低钴的含量是一个好的举措。然而,向含镍材料的过渡和电动汽车产量的快速增长同样给镍供应链带来了压力。

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关于未来原料供应的观点

罗兰贝格管理咨询有限公司的Franz Josef Kruger乐观地认为,NMC811的问题已经得到解决,到2020年将实现工业化。他注重向富含镍的材料的转变,并且描述了镍供应跟不上需求增长的情景,表示这将使其成为成本上升的驱动因素,预测镍短缺最早将在2020年至2021年实现。从他的角度来看,建立供应链伙伴关系是至关重要的,这便于在高能量电池市场上占据良好的位置。

避免镍(或钴)供应问题的另一种方法是使用基于铁或锰的正极材料。法国Bollore集团的Didier Marginedes描述了他们的镍锂金属聚合物电池、磷酸锰锂电池(LMP)被用于电动巴士、固定模块等场景。XALT能源公司的Vaselin Manev提出了一种锰酸锂(LMO)正极与钛酸锂(LTO)负极相结合的例子,即使在充电数十分钟的相对快速的条件下,这种阴极也可以循环超过10000次,且保持90%以上的容量。

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在低能量密度的电池中可以进行成千上万次的循环,但是最先进的高能量密度电池的极限是什么?来自达尔豪西大学的发言人杰夫·达恩表示:即使在循环至相对较高的电压以提取最多能量的情况下,最好的人造石墨负极和NMC正极也能以至少80%的容量保持5000次以上的循环。这些数字意味着,未来一辆电动汽车的电池总共可以行驶50万英里,甚至100万英里!虽然目前来看私人汽车不会达到这些里程,但汽车共享计划和自动驾驶汽车将意味着汽车停留充电的时间减少,而在路上的时间将增加,或许所有的这些都要靠性能卓越的电池组来完成。

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