车用和储能锂离子电池与其关键材料

车用和储能锂离子电池与其关键材料车用和储能锂离子电池与其关键材料 车用和储能锂离子电池及其关键材料黄学杰中科院物理所研究员苏 州星恒首席科学家锂离子电池已从手机走向汽车它服务于 1 信息产 业2 电动车辆3 清洁能源4 国防事业 NATURE Vol456 27NEWS FEATURE7NovemberxxMar31stxxat7 29PM日产Leaf售价 25 280 With allof thereveals andpartnership announcementshere atthe NewYork AutoShow themost importantthing we ve heardis anumber 25 280after 7 500worth offederal taxcredits That s theprice thatNissan saidyesterday itwill sellthe Leaffor whenit goeson salelater thisyear full productionstarts inxx 摘自来小康先生报告From Mr Steve Goguen美国能源部锂离子电池项目Advanced MaterialsResearch HighEnergy High PowerCell R D FullSystem Developmentand TestingCommercialization Theenergy storageeffort isengaged ina widerange oftopics from fundamentalmaterials workthrough batterydevelopment andtesting High energycathodes Alloy Lithium anodes High voltageelectrolytes Lithium aircouples High rateelectrodes High energycouples Fabrication ofhigh Ecells Ultracapacitor carbons Hybrid ElectricVehicle HEV systems 10and40mile Plug in HEVsystems Advanced leadacid Ultracapacitors日本NEDO锂离子电池计划目标我国863锂 二次电池项目历史回顾 七五 锂二次电池材料 八五 锂离子电 池材料 钴酸锂等 九五 锂离子电池技术 十五 锂离子电池材 料 磷酸铁锂 三元材料 锰酸锂 纳米负极材料 电动汽车电池 十 一五 磷酸盐正极 纳米负极 隔膜 电解质电动汽车电池Suzhou Phylion LiB From e bike toHEV苏州星恒锂离子电池从电动自行车走向汽车星恒锰酸锂电池从 电动自行车走向混合电动汽车工程化D规模制造Mass Prod 材料Materials电芯cells电池组Batteies基础研究R IOP Phylion From R D toMass Production物理所 星恒从基础研究到产业星恒从基础研究走向车用 电池大规模量产NiMH andLi ion BatteriesSunlight8Ah NiMHChun Lan60Ah NiMHShenzhou40Ah NiMHPhylionLi ion MGLLi ion LishenLi ion Improvementof LiIon Batteries Specific Power锂离子电池材料体系Cathode Voltage vs Graphite Specific Capacity Price ApplicationSafety LiCoO23 7V140Ah kg 35 kg ConsumerLow LiNoCoMn3 6V155Ah kg 24 kg ConsumerPowertool midLiNiCoAl3 55V170Ah kg 26 kg ConsumerIndustial Low mid LiMn2O43 8V110Ah kg 12 kg PowertoolVehicel HighLiFePO43 2V150Ah kg 30 kg PowertoolVehicel HighVoltagevsGraphiteSpecificCapacityPriceGraphite isused formost ofthe mercialLiB Anode Graphite0V330Ah kg 10 kg HardCarbon0 3V250Ah kg 40 kg Li4Ti5O121 3V160Ah kg 25 kg SiComposite0 2V600 800Ah kg NA1 LMO withimproved thermalstability铝的浓度随着Ar 轰击时间的变化Mn LiO LiMn2O4C 31C2C4C6C8C10C020406080100ab Dischargecapacity charge discharge rate C Electrochemical performanceof a the unmodifiedLiMn2O4and b the LiAlx Mn2 x O4at highcharge discharge rates Assuming thatthe dischargecapacity atC 3is100 and1C is100mA g 050100150 xx50300350400 0 20 00 20 40 60 81 01 2 expoLiAl xMn2 x O4DSC mw mg Temperature C 2 Silicon basedanode materialH Li X J Huang et al Electrochemical andSolid State Letters 2 11 547 549 1999 Si SiCu foilnano Si C Afterdischarging Electrochem agglomeration02468101214161820 0 xx0060080010001xx4000102030405060708090100capacity mAh g c ycle numberSiComposite Anodematerials极柱Poles安全阀S Valve外壳Case负极Anode隔膜seperator正极cathode Phylion s stacktype battery10Ah Hi energy typecell 120Wh Kg 500W Kg8Ah Hi power LMOcell 85Wh Kg 1700W Kg3 93 9544 054 14 154 24 2500 10 20 30 40 500 511 522 533 544 500 511 522 510C chargecurve of8Ah cell20C dischargecurve of8Ah 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BeijingBattery EVbusproduct lineBYD andmore carmakers startto produceEVs UL1642Safety testxx 11 193C 10V overcharge2 150 C hotbox3 Nail peration4 Crush5 Short Circuit6 Dropping Safetycells topacks5M10Ah cellsin marketCrush force 13KN Battery packswere notdeformed And noobvious changeof voltage temp 基于磷酸铁锂 石墨材料的xx电池生产成本预期12345 67891Cathode0 2 2Anode0 13e Electrolyte0 184Separator0 165l Copperfoil0 16p Canand Cap0 167Others0 158g Manufacturing0 2 Total RMB 1 25LFP Graphite 不考虑专利费用x xxxxx120 150 Kg10Ah Multi Specific Energyfor E bike6Ah 8Ah 10Ah 12Ah 20Ahxxxxxxxx45Ah Cellsfor EVand PHEVProduct Roadmapof SuzhouPhylion苏州星恒产品线High Powerfor HEV15Ah1000W Kg5Ah 9Ah8Ah80Wh Kg 1500 Kg120 Kg110Wh K g80 90Wh Kg5Ah 7Ah 9Ah PowerTools 大力推进新能源汽车核心部件研发 产业化与技术升 级 其中 应以高性能动力电池 含超级电容 及系统 驱动电机及控 制系统为主攻方向 形成标准化 系列化产品 新能源汽车发展重点和方向xx年2020年能量密度型电池组能量密度 达到120瓦时 公斤 功率密度达到1千瓦 公斤 循环寿命达到2000 次 电池成本达到2 0元 瓦时以下能量密度达到250瓦时 公斤 功 率密度达到1 5千瓦 公斤 循环寿命达到3000次 电池成本达到1 0 元 瓦时以下摘自张书林先生报告十二五目标国际水平现状水平 200Wh Kg 30 60 C 比功率比能量工作温度范围寿命安全成本 2000W Kg 10 15年 车用 2元 Wh储能1元 Wh 锂离子动力和储能电池与 目标还有很大差距车用电池系统需研究内容模块和系统 电性能 安 全性 保护电路 电磁兼容 热管理测试 电化学性能 安全性 寿命模 型 电池模型 热模型 寿命预测模型 系统模型电化学体系 正极 负 极 电解质 界面锂离子电池单体 电性能 安全性 循环寿命 搁置寿 命 主要有LiCoO 2 LiNixCo1 x y Mny O 2 Li xMn2O4和LiFePO4等 钴酸锂 锰酸锂 三元材料产量超过8000吨 但 高端材料不成熟 知识产权问题 国产材料性能和均匀需要进一步提升 正极材料LiFePO4材料产业亟待解决问题 主要集中在低成本石墨材 料这一类 产能世界第一 需要丰富适应于不同用途电池的碳负极 材料品种 硬碳 钛酸锂等汽车电池负极材料产业还未形成规模 负极材料 世界上仅日本 美国能大规模生产锂离子电池隔膜 我国 已有几家企业能生产单层膜 与美 日产品相比 还存在质量均匀 性和稳定性问题 适用于车用动力电池的三层结构隔膜和陶瓷 塑 料复合膜尚不能生产 全部依赖进口 锂离子电池隔膜 我国已有10多家企业生产锂离子电解液 但绝大多 数企业主要从事溶剂提纯和电解液配制 电解质盐 LiPF66 添 加剂等关键材料大部分依靠进口 电解质锂盐的供应已开始制约我 国锂离子电池产业的发展 电解液 日本在电池生产专用设备方面至少领先我国55年 如600L搅拌制浆机 高速Filmics分散设备 Slit die 喷涂 涂敷机 冷热碾压机 日产6000只全自动生产线 我 国通过引进消化吸收实现了大部分单机设备国产化 但单机生产能 力和制造精度上和日本设备还有较大差距 尚无国产全自动电芯装 配线 锂离子电池装备 目前废旧锂离子电池只有小部分被回收 而且重点 是电极材料中有价金属的回收 主要是应用酸浸和溶剂萃取相联合 的湿法冶金技术 梯级利用和回收 根据锂离子电池的发展和未来的 环境要求 大型电池需走梯级利用和部件机械分离的清洁回收路线 以实现资源的有效利用和降低环境污染 新一代正极材料New CathodeMat