锂离子电池技术发展现状与趋势

.锂离子电池技术发展现状及趋势一、文献综述1、前言目前，日本、韩国、美国等国家领导着锂离子动力电池技术的发展。 日本的行业技术水平领先，韩国的动力电池制造能力领先，美国拥有领先的科学研究能力。2、国外发展现状21日本211 2009年，日本政府发布了RISING计划(创新型蓄电池尖端科学基础研究事业)和UEAD项目(汽车用新一代高性能蓄电池系统)，2013年更新了动力蓄电池技术开发路线图(RM2013 )。 具体指标为，2020年蓄电池续航距离为250350km蓄电池系统的总电量达到2535kWh时，电池的能量密度为250Wh kg-1，电力密度为1500Wkg-1，周期寿命为1000-1500次，价格成本下降至2万日元/Wh RM2013表示电极材料的发展方向，正极材料为xLiMn03(1x)LiMO2(M=Ni、Co、Mn、0x1 )、LizMSi0s、LiNiosMn1s04、LiCnP04、Li2MSOF、LiMO2(M=Ni、Co、Mn )； 负极材料发展了SnCoC合金，Si系负极含有Si/C和Si0、Si系合金.212日本有代表性的锂离子动力电池企业是松下电池公司。 松下是电力电池行业的领导者，作为Tesla的主要电力电池供应商，随着Tesla的发展，作为市场领导者的地位稳定，世界市场份额在20%左右。 目前松下电池为ModelS和MndelX提供18650圆柱电池，正极采用镍钴铝三元材料(NCA )，负极采用硅碳复合材料，单体能量密度达到252Whkg-1，Mode13使用的21700圆柱电池的单体能量密度还为30022韩国221 2011年，韩国启动了包括锂离子电池重要材料、应用技术研究、评价和测试基础设施和新一代电池研究在内的二次电池技术开发项目。 LG化学和三星SDI是有代表性的韩国锂离子动力电池企业，也是动力电池领域的继承人，两者以先进技术和低价格战略迅速开拓市场，增长迅速。 LG化学动力电池的正极材料主要是镍钴锰三元材料(NMC )电池组方面，LG化学采用层叠型软件组设计，是世界公认的软件组大企业。 目前其能量型单电池的能量密度为170-180Whkg-1。 LG化学公司想在2020年之前开发能量密度为200Whkg-1的电池和能量密度为250Whkg-1的富锂锰电池。 LG化学主要与通用、雷诺、福特、大众等国际厂商合作，其中雷诺Zon和雪佛兰Volt的销量将使动力电池市场份额提高到世界最高水平。222三星SDI功率电池的正极材料采用三元NMC和NCA材料，负极材料为石墨，封装形式以方形电池为主。 单电池目前的能量密度为170-180Whkg-1，预计到2019年单电池的能量密度将达到250Whkg-1。 三星SDI是除松下之外最主要的NCA动力电池制造商，其最大的客户是宝马。23美国231美国强烈支持锂离子电池。 2013年，美国国家能源局(DOE )发布了电池开发途径，要求到2022年单体电池能量密度达到350Whkg-1。 因此，美国先进电池联盟(USABC )提出的发展方向为：正极采用高压三元材料、LiNin、Mn304材料、xLi2Mn03(lx)LiMO2材料等高电压/高容量材料：负极采用Si基或Sn基材料； 电解液中使用阻燃电解液、5V高压电解液及高低温性能更好的电解液的隔板采用陶瓷隔板。 EnviaSysterns公司使用富锂锰正极材料xLi2Mn03(1x)LiMO2、石墨负极和高电压电解液制作的单电池的能量密度达到了250Whkg-1。3国内发展现状经历了311“十五”规划锰酸锂电池的研制、“十五”规划磷酸铁锂电池的推广和“十二五”规划三元电池的提高后，我国锂离子电池产业规模开始迅速增长，2015年超过日本和韩国，达到世界第一，2016年扩大了领先地位。 近5年来，电池单元能量密度翻了一番，达到200Whkg-1，电池系统单位成本下降到15元水平。 中国锂离子动力电池产业持续发展： (1)国内电动汽车市场快速增长；(2)国内电动汽车企业大量使用本国电池。312 2016年，时代新能源(CATL )、维亚迪、沃特玛、国轩高科、力神五大企业占国内动力电池市场的约7成，市场集中度进一步提高。 比亚迪的动力电池途径以磷酸铁锂为主，已进入三维电池。 产品外形以方形铝壳为主，部分采用软包。 比亚迪历来坚持磷酸铁锂路线，目前单体能量密度将达到130Whkg-1，预计到2020年达到200Whkg-1，接近理论界限。 该新电池在磷酸铁锂电池中加入锰元素，形成磷酸铁锰锂新电池，电池能量密度提高到150Whkg-1。 CATL的产品以方形铝罐电池为主，正极材料含有磷酸铁锂和三元材料。 在磷酸铁锂和三元电池两条路线上，储存和总线考虑到安全、成本和产品的实用性，主要在磷酸铁锂的技术路线、轿车领域，从2015年起CATL开始全面转向三元材料。 目前，CATL在磷酸铁锂上可实现单体能量密度120Whkg-1、三维电池单体芯的能量密度250Whkg-1。 沃特玛采用复合材料作为电池e的负极材料，能够实现电池能量密度的20%左右的提高。 目前，偏磷酸铁锂电池单体的能量密度可达180200Whkg-1，组装电池可达100Whkg-1。 国轩高科目前正处于磷酸铁锂向三元转变的重要时期。 目前国轩高科三维电池生产能力为2GWh，磷酸铁锂电池生产能力为35GWh，2017年底分别达到3GWh和5GWh。 力神目前总生产能力达到3GWh，其中动力电池生产能力为2GWh，大部分为磷酸铁锂电池。 力神在高能量密度功率电池的研制中，开发了25Ah的实验电芯，01C时能量密度为310Whkg-1。313总体来说，国内动力电池产业发生了以下变化： (1)技术路线逐渐多样化；(2)补贴下降，成本上升；(3)扩产周期逐渐延长；(4)自动化程度远远超出预期；(5)一些汽车企业向低速电动汽车、自行车甚至海外发展等，取得了新进展四、目的和意义继续关注中国市场的发展，提供可行性方案。 促进中国锂离子电池更快更好的发展。 有效解决我国能源短缺和传统能源使用造成的环境污染问题。 新能源是清洁、污染物排放少、与人类生存地球生态环境相协调的清洁能源，新能源排放少、新能源采用逐渐减少和替代化石能源使用，是保护生态环境、走经济社会可持续发展道路的重大措施。5 .参考文献(一)工业和信息化部、科技部、节能和新能源汽车产业计划；二是推动工业和信息化部、发展改革委员会、科技部等汽车动力电池产业发展行动方案。(三) 3) 中国制造2025重点领域技术路线图(2015年版)，节能和新能源汽车部分。(4)杨晓婵、日本制半导体制造装置的销售预测J .现代材料动态。(5)李玲，国内车用电池产业现状大盘J .商用汽车新闻。(6)张承宁、王再宙、宋强、传声器阵列电动汽车系统噪声源识别研究J .中国电机工程报。(7)何锋、汽车新能源在于节能。(8)张彦琴、铅酸蓄电池技术的发展J、汽车电器。(9)王俊喜、马骏歌、电动汽车是中国汽车未来的发展方向J，企业研究。(10 )陈宗璋、吴振军、电动汽车动力源类型J，大众用电。(11 ) eicctrochemicalencystoragctechnicalamroadmap.u.s.drive。(12 )0vervicwofthedoeadvancedbatteryrdprogram.dobbsv 0，2015(13 ) fiscal ycar 2014 annualprogressreportforenergystoraged.u.s.d0e，2015。(14 )欧阳明高，新能源汽车研发与产业发展。(15)KangK，cederg.factorsthataffectlimobilityinlayerdlithiumtransitionmctaloxidesJ。 PhysicalReviewB。2、本课题应探讨或解决的问题和应采用的研究手段(途径)近年来，我国为有效应对能源危机和环境污染挑战，实现汽车产业跨越式发展，大力发展新能源汽车。 锂离子动力电池既是现阶段新能源汽车的最佳选择，又是目前应用最广泛的新能源汽车电池，提高其总体性能和降低成本是各国电池厂商竞争的主要目标。 目前，国外动力电池基本放弃了t锰酸锂和磷酸铁锂的途径，集中在三元途径的国内电力电池主要兼有三元电池和磷酸铁锂电池两条路线。 从发展情况看，随着国内补贴政策对动力电池能源密度要求的提高和消费者小型化、长距离需求的加强，三元电池成为主流技术路线的趋势不可逆转。 在动力电池产业发展加快的形势下，圆柱电池、方形电池、软包电池在各自擅长的应用领域迅速发展，通过包装途径的选择，三种电池站立的局面得到