鉅大LARGE | 點擊量：1125次 | 2019年04月27日
為什么鋰電池能在手機、筆記本電腦等數碼產品中得到廣泛應用？
盡管以電動汽車為代表的新能源汽車，在當前世界各國都掀起了汽車產業新一輪的革命。但就目前的階段水平來說，電動汽車的發展，歸根結底還是要依靠鋰電池技術的突破。可以說，“鋰”這個元素周期表排第三的金屬元素，決定了電動汽車的未來是有“鋰”行天下，還是無“鋰”瞎取鬧。
得“鋰”者得天下
實際上鋰電池已經走進社會生活很多年，鋰離子電池以優異的性能已經在如手機、筆記本電腦等數碼產品中得到廣泛應用。而隨著新能源汽車的興起，鋰電池及其材料又在一個更大的應用維度中找到了巨大的發展空間。目前，除發展起步較早的鋰離子技術外，磷酸鐵鋰電池正被認為是最理想的動力電池，它具有放電容量大、價格低廉、無毒無污染、安全性能好、原材料來源廣、壽命長等優點。
據相關人士透露，電動汽車市場會隨著國家未來5年推廣20萬輛電動汽車規劃的落實，帶動1萬噸—1.6萬噸的碳酸鋰需求，市場潛力巨大。隨著環保部近期出臺的對鉛酸電池重金屬污染的強力整治措施，將使目前國內60%以上的鉛酸電池產能受到影響，意味著鉛酸電池至少一半的市場空間將會被鋰電池替代。
正是抱有對車用鋰電池出現爆發性增長的預期，鋰行業在經歷初期的熱炒之后，在理性的軌道上實現復蘇。近日，國際兩大鋰業公司德國Chemetall和美國FMC宣布自7月1日起上調鋰產品價格。隨著新能源汽車的日趨成熟進步，一場得鋰者得天下的爭奪正在醞釀。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
有鋰尚還寸步難行
但是就眼下的技術程度來說，有鋰尚且還做不到行遍天下。技術尚未成熟和產業化，是兩個需要時間解決的絆腳問題。
當前，新能源汽車所用動力電池，主要是以磷酸鐵鋰、錳酸鋰為主作為正極材料，但其性能、壽命等指標還不足以使純電動汽車完全替代燃料汽車所有的功能。據了解，目前電池能量密度只有100Wh/kg左右，成本在3—5元人民幣/Wh，容量小，成本高，重量大，遠不能適應電動汽車產業化、商業化的要求。只有在電池能量密度達到500Wh/kg以上時，純電動汽車續行駛里程才能與傳統汽車相當。要達到這個技術，尚需要開發新型電池材料。
按照現有規劃，到2015年前后，電池能量密度才可達到150Wh/kg，成本降至2元/Wh;2020年前后，電池能量密度也不過才能達到250Wh/kg，成本為1.5元/Wh。此時，純電動汽車尚不足以與傳統汽車媲美。
除了能量密度阻礙著電池的效率外，電池充放電方案以及電池充電模式選擇也無法忽視。無論是哪一種模式，都存在共同的問題：場地選擇、車型不統一、電池所有權、充電或換電過程中出現的電池質量歸誰負責、充電或換電拆裝引起的安全問題歸誰負責等一系列需要標準化、法規化的問題。
稀土需要省吃儉用
盡管多方押寶鋰產業，但是作為主角的鋰，卻有著“稀有金屬”的名號。僧多粥少或將成為未來電池領域的現實。其實鋰之所以“稀有”，并不因為儲量稀少，而在于冶煉提取的困難。
據美國地質調查局的研究數據：全球鋰儲量為1100萬噸，2008年鋰產量達到27400噸，而碳酸鋰和氧化鋰年萃取量約為80000噸，相當于15000噸鋰金屬。其他鋰金屬來自于鋰輝石礦（主要用于陶瓷工業，不太適合用于電池）。
就目前技術而言，每一千瓦時電容量需要0.79kg碳酸鋰（0.15kg鋰），而插電式混合動力汽車（簡稱PHEV）電池平均具有20千瓦時的能量。如果2020年全球汽車銷量達到7000萬輛，以其中5%為電動汽車或復合電動汽車計算，則額外需求超出55000噸碳酸鋰，這已經超過了2010年的全球消費數量。
此外，電池收集仍是一個尚未得到足夠重視的問題。剛剛起步的電動汽車產業，還沒有花很大的精力在電池的廢棄處理上，完整成熟的回收鏈尚未成形和啟動。目前最合適的回收技術是高溫冶金熔煉技術，較重的金屬沉降到熔池底部，而其他氧化物渣則浮在頂部，鋰作為氧化鋰而留在渣中。只是這種氧化鋰不能再用來制造加工電池。
一個減少對能源關鍵元素需求的明顯方法是尋找替代品。豐田和日產公司已經在為旗下混合動力汽車和電動汽車開發無需稀土元素的發動機。但是，尋找替代元素的過程將是一個漫長、昂貴的過程。畢竟一種元素能直接替代另一種元素的情況是非常罕見的。
所以，循環利用也許是減少對這些能源關鍵元素依賴的最顯而易見的方法。有專家建議，各國政府部門應該介入對能源關鍵元素的分配，并拿出專項資金用于鼓勵消費者回收這些金屬。
富鋰錳基材料也許將取代目前在市場上風頭正勁的磷酸鐵鋰，成為未來國內動力鋰電池正極材料發展的主流方向。這是上周在北京舉行的2011鋰電池關鍵材料技術與產業投資論壇上傳出的信息。北京大學工學院能源與資源工程系教授夏定國指出，與磷酸鐵鋰相比，富鋰錳基材料具有成本低、容量高、無毒安全等優點，能夠滿足鋰電池在小型電子產品和電動汽車等領域的使用要求。
據夏定國介紹，已上報國務院的《節能與新能源汽車產業規劃（2011～2020年）》提出，到2015年我國動力電池系統能量密度達到120瓦時/千克以上，到2020年要達到200瓦時/千克以上。目前現有的磷酸鐵鋰材料能量密度參數最好的僅為120瓦時/千克左右，而富鋰錳基材料實驗數據能達到220瓦時/千克，比磷酸鐵鋰高出約一倍。
據了解，磷酸鐵鋰作為動力電池四大正極材料中的小字輩，出現的時間并不長。2005年7月，國內開發出大容量磷酸鐵鋰電池，其安全性能與循環壽命超過鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳，在當時被認為是最適合用于動力電池的正極材料。但在國際上，前十大汽車廠家沒有一家采用磷酸鐵鋰電池作為主要產業化方向，日本、美國和歐洲也都是以錳系和鎳系材料為主。“這是因為除了熱穩定性和常溫循環性能優異外，磷酸鐵鋰電池存在一些固有的缺陷。”山東青島新正鋰業有限公司總經理孫玉城分析了癥結所在。
孫玉城指出，首先，磷酸鐵鋰電池充放電循環時容易引起電池內部的短路；其次，磷酸鐵鋰材料和磷酸鐵鋰電池在幾種正極材料體系中制備工藝最復雜，其一致性和穩定性也最難控制，由此導致磷酸鐵鋰電池配組后的實際循環壽命與它的理論循環壽命2000次相差甚遠。再次，在幾種動力型鋰電池體系中，磷酸鐵鋰單位能量密度成本最高，但能量密度最低。
國內對富鋰錳基材料的研究自去年起開始升溫，制備技術基本采用液相共沉淀法，與國外技術差距不大。但由于我國沒有富鋰錳基材料的原始專利，在降低首次充放電不可逆容量、提高材料循環壽命和倍率性能等方面基本沿用了國外的相關技術，受到專利方面的制約，尚未實現產業化生產。
上一篇：目前鋰電池最主要的問題是什么？
