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共聚古都,论能源颗粒领域尖端问题!


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  “第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”围绕动力电池行业内最热门的几大问题:如何实现高能量密度?怎样提升三元正极材料的性能?研发新型储能材料还是改善商业化产品?

中国粉体网讯  金秋九月,桂花飘香。27-28日中国粉体网在“六朝古都”、“十朝都会”——南京成功举办了“第二届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”。近二十位能源颗粒方向的专家,200余位企业代表共聚古都。本次论坛围绕动力电池行业内最热门的几大问题:如何实现高能量密度?怎样提升三元正极材料的性能?研发新型储能材料还是改善商业化产品?


本次论坛主要分四个大方向




本次论坛的专家与参会代表围绕能源颗粒材料的制备与应用技术难题展开深入的交流探讨。基于政策和市场导向,研究的重点集中在四个方面:1、电池的安全性;2、能量密度如何提升;3、电池综合性能的提升;4、寻求新型材料代替锂离子电池。


1、围绕电池的安全性


新能源汽车是高端解决储能的第一步。2018年160万辆,价格1000$/kw,2014年10万辆,209$/kw。解决电池的安全性是发展新能源汽车的基石,目前的动力电池面临的最严峻的问题就是其安全性如何保障,为此专家们做了大量工作,以期提高电池的安全性。


南京大学周豪慎教授:


隔膜在锂离子中占比重3%左右,针对如何抑制锂枝晶周豪慎教授做了大量研究。他研究的MOF基隔膜可以有效抑制枝晶生长,让锂离子由不均匀沉积变成均匀沉积。研究表明这种隔膜用于金属锂二次电池,循环2000次也没有枝晶;用于锂硫电池1500次循环后,电池容量还很高,即使产生枝晶,也不会刺穿隔膜;用于锂氧电池,充电电位有所下降,循环稳定性良好,MOF隔膜有效阻挡了RM的穿梭。


南京理工大学夏晖教授:


目前商业化的锂离子电池采用液体电解质,存在安全隐患,循环寿命短。固态锂电池可有效提高电池的安全性和循环稳定性。夏晖教授介绍了一种薄膜型全固态锂电池,可实现完美固-固界面,目前唯一能实现万次以上循环寿命的固态电池技术。国内外已经有公司开发薄膜型固态锂电池的产品。夏晖教授还介绍了几种薄膜型固态锂电池的性能及研究进展以及存在的问题。


2、能量密度如何提升


2017上半年国家出台政策:到2020年,锂离子动力电池单体比能量大于300Wh/kg;系统比能量争取达到260Wh/kg;成本小于1元/Wh;使用环境从零下30℃到55℃;具备3C充电能力,力争实现单体电池350Wh/kg。为了迎合政策对动力电池的新要求,提升电池的能量密度是当务之急。高镍三元材料是主流趋势,专家们对硅基负极材料的研究也加紧步伐……


中南大学唐有根教授:


三元材料高镍化是高能量密度锂离子动力电池的发展趋势;以三元材料为正极的锂离子动力电池安全性问题严峻;高镍三元材料锂离子电池残碱、微裂纹以及与高镍相配的电解液等问题需要研究解决;元素掺杂可以重点考虑B、F化物;包覆可采用磷酸化物;湖南杉杉“高镍三元正极材料”实现产业化。


华北电力大学潘家鸿教授:


尖晶石型钛酸锂(Li4Ti5O12)是一种有潜力的锂离子电池负极材料,但是,钛酸锂也存在着本征电子电导和锂离子扩散系数双低的缺点,严重限制了它的倍率容量。潘家鸿教授介绍了采用X射线衍射图谱精修(Rietveld Refinement)解析,优化前驱体配比,煅烧制度以优化合成高纯Li4Ti5O12,并讨论了提高Li4Ti5O12倍率容量的方法。


中南大学胡国荣教授:


高镍三元正极材料能使电池的能量密度提升,但是对生产工艺与装备要求也要更特殊。胡国荣教授从原材料的特殊要求与预处理、混合工序的工艺要求与设备要求、烧结工序的工艺要求与设备要求、粉碎工序的工艺要求与设备要求、水洗工序的工艺要求与设备要求、包覆工序的工艺要求与设备要求、包装工序的工艺要求与设备要求等方面详细阐述了高镍三元正极材料生产过程中的特殊性。


清华大学张强教授:


张强教授认为如何提高比能量密度,那就是用金属锂做负极。以往我们对金属锂的认识就是金属锂会沉积,造成短路,甚至爆炸。但是随着纳米技术的进步,我们不断发现材料新的性能,对金属锂的认识也发生很大的变化。张强教授认为氟化锂是一种比较好的材料,引入FEC,FEC会粘在锂离子周围,加速前驱物分解,形成的氟化锂多。氟化锂有助于生成均匀的沉积;也可以引入多硫化物,多硫化物是天使也是魔鬼,在正极可以帮助Li2SX溶解,太多了之后会刻蚀负极;引入石墨烯、碳纤维等导电物质,控制锂在大电流条件下的沉积。


浙江大学涂江平教授:


涂江平教授介绍了金属锂电极表面改性、金属锂粉末电极设计与加工,电极设计:多孔骨架结构,粉末设计:Li/C,Li/C@TiC复合金属粉末。实验表明做出来的粉末电极基本没有枝晶产生。涂江平教授还预测如果补贴取消,大部分车企可能又会回到磷酸铁锂。


3、电池综合性能的提升


就现有的锂离子电池材料来说,还没有发挥其最大优势,也还存在一些未解决的问题。所以基于此一些专家们致力于提升当前电池材料的性能,如快充能力、循环性能、倍率性能、储存问题等。


清华大学魏飞教授:


魏飞教授认为负极材料中硅氧、硅氮负极有最高的体积能量密度,大家总觉得金属锂是最好的,但是锂的体积能量密度并不高,虽然质量密度还可以。氧化硅的体积能量密度更好。但是硅基材料的问题是循环性差,体积变化大等。魏飞教授设计了一种特殊的包覆结构:硅/陶瓷/碳负极材料,采用聚团流化床的方法,形成更为均匀的石墨包覆层的核壳,从而使硅基负极材料的导电性大幅度提高,并形成了低表面积与高循环性。数据显示:日本团队通过加入碳纳米粒子,电池能量密度只提升了8%,但是循环性能提升了30-40%。


天津工业大学时志强教授:


时志强教授向我们介绍了硬炭材料,作为负极材料我们并不陌生,但是时志强教授通过调节硬炭中可调节的微晶层间、界面以及缺陷储钠结构位点,制备出了可逆储钠容量大于350mah/g的负极材料。而且硬炭作为主材或补助负极材料,可以大幅提高锂离子电池的高倍率性能和循环性能。


福建师范大学童庆松教授:


童庆松教授由环境污染问题为切入点,指出发展电动车对能源及城市污染的积极作用。研究了正极材料对电池性能的影响,在磷酸铁锂、富锂固溶体、富锂尖晶石、镀层极耳、铝箔集流体方面都做出了大量的成果。


中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所刘立伟研究员:


刘立伟研究员主要介绍了高质量薄层石墨烯,以及其实际应用。通过实验证明高质量薄层石墨烯可以有效改善3C电池热性能。另外作为导电剂也表现出了能量密度高、高温存储性能好、倍率容量高、压实密度高、循环性能好等显著优点。


日本东京大学项荣教授:


单壁碳纳米管的主流制备方法是用CO,CO比较危险。项荣教授课题组用乙醇来制备碳纳米管,安全环保,而且所需温度低。常规反应温度是900-1200℃,他们的只需要500-800℃之间。管径1-2个纳米。碳纳米管可以作为催化剂用于电池材料,对电池的倍率性会有很大的提高。


4、寻求新型材料代替锂离子电池


自从国家出台了对能量密度的新要求,研究者们纷纷开始寻求新型电池材料,期望未来能代替锂离子电池材料,而且锂资源不是可再生资源,现有的资源远远满足不了人类的长期要求。那么哪些材料有望取代传统的锂电材料呢?


南京大学金钟教授:


金钟教授指出三元材料能量密度可能已经快到头了,其他的材料是不是更有潜力?开发下一代新产品势在必行。负极材料里硅碳负极、氧化锡、金属锂都是很有潜力的,但是它们也都存在很多要解决的问题;而正极材料里硫极性容量突出。金钟教授还提到目前,有些新型电化学储能系统的研究在实验室内已经取得了非常可喜的进展,但是整体而言距离大规模实用化或多或少都还有一些的问题有待解决。


中国科学院大连化学物理研究所李先锋研究员:


全钒液流电池:容量和功率是分开的,可以分别独立设置,安全性高,寿命很长,正极负极都是钒离子,不存在电池回收的问题。最大的问题是如何提高电解液在水中的稳定性。李先锋研究员经过多年研究发现离子传导膜离子交换基团的引入是导致非氟膜稳定性大幅下降的主要原因。他们做的非氟离子传导膜寿命达18000次循环。还介绍了锌基液流电池、锌溴液流电池、锌溴单液流电池、碱性锌铁液流电池、中性锌铁液流电池、锌碘液流电池等的优缺点。


其他相关领域介绍


中南大学郭华军教授(代李新海教授):


郭华军教授从资源方面向我们介绍了目前全球及国内锂资源现状,包括:①电池级碳酸锂市场概况;②全球及我国锂资源储量分布情况;③提锂技术;④锂云母提纯制备技术。


中国科学院山西煤炭化学研究所陈成猛研究员:


超级电容器能量密度比较低,主要用到的是活性炭材料,还有介孔碳等新型炭材料以及新型纳米材料,如石墨烯,碳纳米管等。陈成猛研究员提到用氧化还原法制备石墨烯(这种方法制备的石墨烯体密度相对较低),所内已经建有石墨烯基地,但是石墨烯成本还是很高,稳定性等问题还需要进一步解决,所以石墨烯做导电填料更合适。


石家庄日加粉体设备科技有限公司濱本純一先生:


日加粉体的濱本純一先生介绍了其公司的主要业务范围,包括销售锂电正负极材料生产线各工序相关的设备和检测仪器及来料加工等,并介绍了正极材料的造粒工艺等工序。

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