锂离子电池技术发展现状与趋势

1、锂离子电池技术开展现状与趋势、文献综述1、前言现阶段,日本、韩国、美国等国家引领锂离子动力电池技术的开展.日本的行业技术水平具有领先优势,韩国的动力电池制造水平处于领先地位,美国那么具有引领前沿的科研水平.2、国外开展现状21日本2-112021年,日本政府推出了RISING方案创新型蓄电池尖端科学根底研究事业和UEAD工程汽车用下一代高性能电池系统,并于2021年更新了动力电池技术开展路线图RM2021,具体指标有2021年电池的续航里程实现250350km电池系统总电量到达2535kWh,电池能量密度实现250Whkg-1,功率密变到达1500W-kg-1,循环寿命到达1000-1500次

2、,价格本钱降低到2万日元/Wh.RM2021指明了电极材料的开展方向,正极材料要开展xLiMn03-1xLiMO2M=Ni,Co,Mn,0xLizMSi0s、LiNiosMn1s04、LiCnP04、Li2MSO-F、LiMO2M=Ni,Co,Mn;负极材料要开展SnCoC合金,Si基负极包括Si/C和Si0,以及Si基合金.2-12日本具有代表性的锂离子动力电池企业为松下电池公司.松下是动力电池行业的领导者,作为Tesla最主要的动力电池供给商,凭借Tesla的开展稳居市场领导者地位,全球市场份额在20说右.目前松下电池主要给ModelS和MndelX提供18650圆柱电池,正极采用锲钻铝三

3、元材料NCA,负极使用硅碳复合材料,单体能量密度可达252Whkg-1,而即将使用在Mode13上的21700圆柱形电池单体能量密度更是提升到300Wh-kg-1是目前行业内能量密度最高的电池.22韩国2212021年,韩国启动了包含锂离子电池关键材料、应用技术研究、评价及测试根底设施以及下一代电池研究的二次电池技术研发工程.LG化学和三星SDI是具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后起之秀,两者凭借先进技术和低价策略迅速翻开市场,增速较快.LG化学动力电池正极材料主要是锲钻钻三元材料NMC;在电池包装方面,LG化学采用叠片式软包设计,是全球公认的软包龙头企业.目前其能量型单

4、体电池的能量密度为170-180Wh-kg-1.LG化学希望到2021年开发出能量密度为200Whkg-1电池和250Whkg-1的富锂锐基电池.LG化学主要与通用、雷诺、福特、群众等国际厂商合作,其中雷诺Zon和雪佛兰Volt的畅销更是使其动力电池市场份额提升到全球顶尖水平.2-22三星SDI动力电池正极材料采用三元NMG口NCA材料,负极材料为石墨,封装形式以方形电池为主.单体电池现阶段的能量密度在170-180Whkg-1,预计到2021年,单体电池的能量密度能到250Whkg-1.三星SDI是除松下外最主要的NCA动力电池生产厂家,其最大客户是宝马公司.23美国2 31美国一直在大力支

5、持锂离子动力电池.2021年,美国国家能源局DOE公布电池研发路线,要求到2022年单体电池能量密度到达350Wh-kg-1.为此,美国先进电池联盟USABC提出的开展方向是：正极采用高压三元材料、LiNin,Mn304材料、xLi2Mn03-lxLiMO2材料等高电压/高容量材料：采用Si基或Sn基材料作为负极；电解液使用阻燃电解液、5V高压电解液以及上下温性能更好的电解液；隔膜采用陶瓷隔膜.EnviaSysterns公司利用富锂锐基正极材料xLi2Mn031xLiMO2、石墨负极和高电压电解液制备的单体电池能量密度到达250Wh-kg-1.3国内开展现状3 -11在经历了“十五方案钻酸锂电

6、池的研发、“十五方案磷酸铁锂电池的推进和“十二五方案三元电池的提升之后,我国锂离子电池产业规模开始迅猛增长,2021年已经超过日本和韩国到达全球首位,并于2021年扩大了领先优势.近五年,电池单体能量密度提升了1倍,到达200Wh-kg-1,电池系统单位本钱下降到15元水平.中国锂离子动力电池产业持续开展得益于两个方面：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的电池.3-122021年,时代新能源CATL、比亚迪、沃特玛、国轩高科、力神这五大巨头占据近7成的国内动力电池市场,市场集中度进一步提升.比亚迪的动力电池路线以磷酸铁锂为主,正逐步涉足三元电池.产品外形上以方形铝壳为

7、主,也有局部采用软包.比亚迪一直以来坚持磷酸铁锂路线,目前单体能量密度到达130Wh-kg-1,规划到2021年到达200Wh-kg-1,根本接近理论极限.具新电池在磷酸铁锂电池中加人了钮元素,形成了磷酸铁钻锂新电池,电池能量密度提升至150Wh-kg1.CATL的产品以方形铝壳电池为主,正极材料包含磷酸铁锂和三元材料.在磷酸铁锂和三元电池两条路线上,储能和大巴由于平安、本钱和产品实用性的考虑,主要走磷酸铁锂的技术路线,乘用车领域,2021年开始CATL全面转向三元材料.目前,CATL在磷酸铁锂上可以做到单体能量密度120Whkg1,三元电池单体电芯的能量密度可实现250Wh-kg-1.沃特玛

8、采用复合材料作为电池E负极材料,可以实现电池能量密度20%左右的提升.目前沃特玛磷酸铁锂电池单体能量密度可到达180200Wh-kg-1,电池成组后可到达100Wh-kg-1.国轩高科目前正处于由磷酸铁锂向三元转型的关键时期.目前,国轩高科有三元电池产能2GWh、磷酸铁锂电池产能35GWh,2021年年底将分别到达3GWhf5GWh0力神目前总产能到达3GWh,其中动力电池产能为2GWh,绝大局部又为磷酸铁锂电池.力神在高能量密度动力电池研发方面进行了尝试,研发出25Ah实验电芯,01C时能量密度为310Whkg-1.3-13整体而言,国内动力电池产业存在以下几个变化：1技术路线逐渐多元化；2

9、补贴下降、本钱上升；3扩产周期逐步拉长,4自动化程度已远超预期；5一些车企开始拓展新的应用领域,如低速电动车、自行车、甚至向海外开展.4、目的和意义持续关注中国市场的开展,提供可行性的方案.促进中国锂离子电池更快更好的开展.能够有效地解决我国能源短缺和传统能源使用带来的环境污染问题.新能源消洁干净、污染物排放很少,是与人类赖以生存的地球生态环境相协调的清洁能源,新能源污染物排放很少,采用新能源以逐渐减少和替代化石能源的使用,是保护生态环境、走经济社会可持续开展之路的重大举措.5、参考文献(1)工业和信息化部,科技部,节能与新能源汽车产业规划.(2)工业和信息化部,开展改革委,科技部,等,促进汽

10、车动力电池产业开展行动Zu0(3)?中国制造2025?重点领域技术路线图(2021年版),节能与新能源汽车局部.(4)杨晓婵,日本制半导体制造装置销售预测J.现代材料动态.(5)李玲,国内车用电池产业现状大盘点J.商用汽车新闻.(6)张承宁,王再宙,宋强,基于传声器阵列电动汽车用电机系统噪声源识别研究J.中国电机工程学报.(7)何锋,汽车新能源于节能.(8)张彦琴,铅酸蓄电池技术的开展J,汽车电器.(9)王俊喜,马骊歌,电动汽车是中国汽车未来的开展方向J,企业研究.(10)陈宗璋,吴振军,电动汽车动力源类型J,群众用电.(11) EIcctrochemicalEnergyStoragcTech

11、nicalTeamRoadmap.U.S.DRIVE.(12) 0vervicwoftheDOEAdvancedBatteryR&DProgram.DOBsVTO2021.(13) FiscalYcar2021AnnualProgressReportForEnergyStorage&D.U.S.D0E,2021.(14) 欧阳明高,新能源汽车研发及产业开展.(15)KangK,CederG.FactorsthataffectLimobilityinlayeredlithiumtransitionmctaloxidesJ.PhysicalReviewB.二、本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究

12、手段途径近年来,我国为了有效应对能源危机和环境污染的挑战,并实现汽车产业跨越式开展,大力开展了新能源汽车.锂离子动力电池作为现阶段新能源汽车的最优选择同时也是目前新能源汽车中应用最广泛的电池,其总体性能的提升和本钱的降低是各国电池厂商竞争的主要目标.目前,国外的动力电池根本上放弃T钮酸锂和磷酸铁锂路线,集中于三元路线；而国内的电力电池主要表现为三元电池和磷酸铁锂电池两种路线并举.从开展情况来看,随着国内补贴政策对动力电池能量密度要求的提升和消费者对小型化、长续航里程需求的增强,三元电池成为主流技术路线的趋势已经不可逆转.在动力电池产业加速开展的形势下,无论是圆柱电池、方形电池还是软包电池都在各自擅长的应用领域得到了快速开展,在封装路线选择上,三种电池三足