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“微米球”照亮电池业未来

锂电中国浏览量:2084时间:2012-05-25 08:53:39

“我们刚在枣庄市与海特电子集团签署了合作协议,进行微纳米磷酸铁锂电池的实验和生产,用不了多久,我国的电动自行车及电动汽车就会用上我们自己生产的新型高效蓄电池。”日前,经济导报记者在山东省科学院能源研究所采访时,该所副研究员蔡飞鹏博士语气中难掩兴奋和自豪。

据了解,国际上能够生产综合性能良好的磷酸铁锂产品的企业主要分布在美国和加拿大,但国外供应商为追求更高的附加值不愿意向国内市场单独供应磷酸铁锂材料。国内现阶段磷酸铁锂产品的综合性能与国际水平仍有一段距离,阻碍了我国电动汽车用动力型磷酸铁锂电池的发展。而蔡飞鹏团队近日制备的微纳米结构磷酸铁锂正极材料,有望打破国外厂商在这一领域的垄断地位。“微米球”取长补短

“微纳米结构磷酸铁锂正极材料集合了纳米与微米材料之所长,各项性能比普通产品有了大幅提高,目前正在专利申请。”在山东省科学院能源研究所一间忙碌的实验室里,蔡飞鹏一边在真空“手套箱”内组装电池,一边对导报记者介绍说,纳米的长度是10-9米,微米的长度是10-6 米,后者“体形”比前者大得多,但各有长短。比如,纳米结构的磷酸铁锂正极材料电化学性能好,但密度较低、容量较小;微米结构的磷酸铁锂正极材料密度较高、易加工,但电化学性能不如前者。

那么,有没有能将二者取长补短的好办法呢?经过大量基础和实验研究,蔡飞鹏和山东省科学院能源研究所副研究员、博士杨改等组成的团队巧妙地通过喷雾等二次造粒工艺,将纳米级磷酸铁锂正极材料做成了由数个微米组成的“微米球”。该材料既具有纳米颗粒良好的快速充放电能力及低温放电性能,又具有微米球形颗粒较高的振实密度,同时通过控制结晶工艺保证了材料批次的稳定性。

片刻之后,蔡飞鹏手举一个组装完的纽扣电池说:“经大量实验证明,由于比一般纳米结构的磷酸铁锂正极材料密度高,用‘微米球’做成的磷酸铁锂正极材料容量可以提高12%以上,寿命可延长10%以上,成本则可以降低20%以上。”据测算,如果将微纳米结构磷酸铁锂正极材料进行工业化大生产,其价格将只有8万/吨至10万元/吨,而目前市场上一般磷酸铁锂正极材料的价格是12万元/吨,前景诱人。

据介绍,该发明项目自两年前即开始着手,目前正处于中试(实验室)阶段,工业化生产后可广泛应用于各类电子产品、电动汽车和电动自行车,以及太阳能 、风能等的蓄能和电网的削峰。许多企业看到其巨大的发展潜力,纷纷与山东省科学院能源研究所商谈合作事宜,前文提及的海特电子集团就是其中之一。该集团主打产品是高能环保的锂离子电池,年产值超过10亿元,借助与山东省科学院能源研究所的合作,无疑将大大推动其“打造中国北方地区最大的绿色能源基地”的步伐。“来得正是时候”

“目前,磷酸铁锂材料的专利大都被国外的大学和公司申请,国内的材料以及电池的出口受到极大的限制,产业发展存在很大隐患。但微纳米结构磷酸铁锂正极材料填补了市场空白,今后这一局面将大大改观。”山东省科学院能源研究所副所长许崇庆表示。

在他看来,在我国能源对外依存度超过50%并且日益增长、必须发展低碳经济以保证人类永续生存和发展的大背景下,发展新能源汽车已成为我国的战略决策,其中电动汽车是重要的发展方向,而作为能源载体的动力电池是电动汽车的技术核心。作为新能源汽车对电池的基本要求主要有如下几点:一是安全可靠,不会发生着火爆炸伤人的事故;二是有足够的比能量以保证一次充电的续驶里程;三是有足够高的大电流充放电能力,以节省为充电而停驶的时间并提供汽车爬坡、提速需要的瞬间负荷;四是具有可接受的使用寿命及适当的性价比。

如今,传统的铅酸电池和镍氢电池很难满足电动汽车的要求,而以磷酸铁锂为正极材料的磷酸铁锂电池由于具有高容量、低价格、高安全性、长寿命、无污染等突出优势,已成为美国、加拿大和中国动力电池的主流研究方向,有望在电动汽车领域得到大力发展。但由于国外企业技术封锁,国内现阶段磷酸铁锂产品的综合性能与国际水平仍有一段距离,阻碍了我国电动汽车用动力型磷酸铁锂电池的发展,其主要表现是容量低、充电时间长、衰减严重、批次稳定性较差。而微纳米结构磷酸铁锂正极材料正好弥补了这些不足,可谓“来得正是时候”。

据了解,我国对磷酸铁锂电池推广的支持力度正在加大,在国家“十二五”“863”项目中,用于支持相关研究的基金超过1亿元。目前,广州、天津的电池业比较发达,山东也在急起直追,济南、泰安皆传出建设万吨级磷酸铁锂材料基地的消息。许崇庆认为,作为国内首屈一指的汽车和电动车大省,拥有强大技术支撑的山东省电池业,由此将进入一个崭新的发展阶段。

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