锂离子电池产业发展研究分析方案Word格式文档下载.docx
- 文档编号:15767356
- 上传时间:2022-11-16
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:689.53KB
锂离子电池产业发展研究分析方案Word格式文档下载.docx
《锂离子电池产业发展研究分析方案Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《锂离子电池产业发展研究分析方案Word格式文档下载.docx(16页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
正极包括由钴酸锂<
或镍钴锰酸锂、锰酸锂、磷酸亚铁锂等)及铝箔组成的电流收集极。
负极由石墨化碳材料和铜箔组成的电流收集极组成。
电池内充有有机电解质溶液。
另外还装有安全阀和PTC元件(正温度系数热敏电阻>
,以便电池在不正常状态及输出短路时保护电池不受损坏。
单节锂电池的电压为3.7V<
磷酸亚铁锂正极的为3.2V)。
由于电池容量也不可能无限大,因此常常将单节锂电池进行串、并联处理,以满足不同场合的要求。
(一)正极材料
1.钴酸锂<
LiCoO2)
钴酸锂也是目前应用最为广泛的正极材料,钴产生3.9V的电压平台,对钴酸锂而言,对应于其理论容量,高达274mAh/g,实际容量可达155mAh/g,具有很高的能量密度。
主要应用于便携电池领域:
如手机、PDA、移动DVD、MP3/MP4和笔记本电脑等。
2.镍酸锂<
LiNiO2)
在镍酸锂电池中,化学离子对Ni4+/Ni3+可产生3.75V的电压平台,提供接近200mAh/g的循环容量。
但在实际中,很难得到这个结果。
首先在高温下,由于Li的挥发,很难合成化学计量比LiNiO2,高温时六方相的LiNiO2晶体很容易转变为立方相的LiNiO2晶体。
这种锂镍置换的立方的没有电化学活性,而且该反应的逆过程很慢并且不完全。
此外在充放电过程中,LiNiO2还可能发生其他一系列的结构变化,而导致嵌锂容量的损失。
因此实际上镍酸锂无太大实用价值。
3.镍钴二元复合材料
考虑到钴酸锂价格昂贵,镍酸锂合成困难,研究人员开发出镍钴二元材料结合了二者的优点,用价格相对低廉的镍替代部分钴,合成具有LiCoO2一样的优良电化学性能的正极材料,那么将具有广阔的应用前景。
4.尖晶石锰酸锂<
Li2Mn2O4)
尖晶石锰酸锂能够产生4.0V的电压平台,与钴酸锂相当,理论容量148mAh/g,实际容量120mAh/g左右,比现在所用的钴酸锂稍低。
与钴酸锂和镍酸锂相比,锰酸锂原料来源广泛,价格非常便宜<
只有钴的10%),而且没有毒性,对环境友好。
曾一度被认为是替代LiCoO2的首选锂离子电池正极材料。
但是尖晶石Li2Mn2O4容量容易衰减的。
5.磷酸铁锂<
LiFePO4)
1997年,Goodenough等研究人员首次报道了橄榄石型的磷酸铁锂(LiFePO4>
可用于锂离子电池正极材料,其中的锂离子可以完全从晶格中脱出形成层状FePO4,其相对于锂的电极电压为3.5V,理论容量为170mAh/g。
6.材料性能综合评价
综上所述,LiCoO2的研究比较成熟,综合性能优良,但价格昂贵,容量较低,毒性较大。
LiNiO2成本较低,容量较高,但制备困难,材料性能的一致性和重现性差,存在较为严重的安全问题。
镍钴二元复合材料,兼有LiNiO2和LiCoO2的优点,但仍存在较为苛刻的合成条件,综合性能有待改进。
同时由于含较多昂贵的Co,成本也较高。
尖晶石Li2Mn2O4成本低,安全性好,但循环性能尤其是高温循环性能差,在电解液中有一定的溶解性,储存性能差。
因此上述钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂及其同类正极材料尚不能满足要求。
磷酸铁锂作为锂离子电池的正极材料是近几年才出现的事,国内开发出大容量磷酸铁锂电池是2005年7月<
比亚迪公司)。
其充放循环寿命达2000次,过充电压30V下不燃烧,穿刺不爆炸。
磷酸铁锂正极材料类锂离子电池更易串联使用,以满足电动车频繁充放电的需要。
由于同时具有无毒、无污染、安全性能好、原材料来源广泛、价格便宜,寿命长等优点,磷酸铁锂可视为是新一代锂离子电池的理想正极材料。
(二)负极材料
目前,锂离子电池所采用的负极材料一般都是碳素材料,如石墨、软碳<
如
焦炭等)、硬碳等。
正在探索的负极材料有氮化物、PAS、锡基氧化物、锡基氧化物、锡合金,以及纳M负极材料等。
作为锂离子电池负极材料要求具有以下基本性能:
<
1)锂离子在负极基体中的插入氧化还原电位尽可能低,接近金属锂的电位,从而使电池的输出电压高;
2)在基体中大量的锂能够发生可逆插入和脱插以得到高容量密度;
3)氧化还原电位不会发生显著变化,可保持较平稳的充电和放电;
4)插入化合物应有较好的电导率和离子电导率,这样可减少极化并能进行大电流充放电;
5)从实用角度而言,主体材料应该便宜,对环境无污染;
碳负极锂离子电池在安全和循环寿命方面显示出较好的性能,并且碳材料价廉、无毒,目前商品锂离子电池广泛采用碳负极材料。
近年来随着对碳材料研究工作的不断深入,已经发现通过对石墨和各类碳材料进行表面改性和结构调整,将比容量从原来的理论值372mAh/g,大大提高到700mAh/g~1000mAh/g,同时使锂离子电池的比能量大大增加。
目前,已研究开发的锂离子电池负极材料主要有:
石墨、石油焦、碳纤维、热解炭、中间相沥青基炭微球<
MCMB)、炭黑、玻璃炭等,其中石墨和石油焦最有应用价值。
一般来说,根据石墨化程度,可将碳负极材料分成石墨、软碳和硬碳。
石墨材料导电性好,结晶度较高具有良好的层状结构,充放电容量可达300mAh/g以上,充放电效率在90%以上,可与提供锂源的正极材料钴酸锂、锰酸锂、镍酸锂等匹配,组成的电池平均输出电压高,是目前锂离子电池应用最多的负极材料。
软碳材料为容易石墨化的碳素材料,是指在2500℃以上的高温下经过石墨化转变的无定形碳。
软碳的石墨化程度低,与电解液的相容性好。
常见的软碳有石油焦、针状焦、碳纤维、碳微球等。
而硬碳材料是指难于石墨化的碳素材料,是由高分子聚合物经过热分解形成的,锂容量很大<
500~1000mAh/g)。
这类碳在2500℃以上的高温也难以石墨化,常见的硬碳有树脂碳<
酚醛树脂、环氧树脂、聚目前,已研究开发的锂离子电池负极材料主要有:
(三)电解液基质
目前锂电池电解液基质绝大多数使用六氟磷酸锂,其分子式为LiPF6,白色晶体,稳定性较差,易与水反应,加热分解。
六氟磷酸锂可溶于无水氟化氢、低烷基醚、腈、吡啶和醇等非水溶剂,但难溶于烷烃和苯等有机溶剂。
LiPF6易与酸反应生成PF5和锂盐,含有LiPF6的有机电解液因具有良好的导电性和电化学稳定性,被选定为锂离子电池的电解质。
综上,锂离子电池各部分材料市场价格如下:
(四)隔膜
锂电池隔膜是锂电池结构中最重要的一部分。
现在要求隔膜的厚度一般为25微M,单层隔膜可能达到的厚度为7-40微M。
隔膜通常有两种类型。
一、选用聚乙烯-聚丙稀-聚乙烯三层合拼隔膜纸,目前有美国Celgard及日本UBE。
制造此类型隔膜特点在于降低成本,但制造工艺复杂,对超薄16微M以下尤为难做到。
二、单层聚乙烯隔膜,目前有日本的旭化成、东燃、美国的ENTEK三家公司。
此类型隔膜由于是单层聚乙烯,故生产成本较高。
日本优质电池隔膜几乎全部采用单层聚乙烯隔膜。
WIDE公司的隔膜纸产品也采用单层聚乙烯隔膜。
电池的正负极之间的隔膜,首先它必须具备良好的电绝缘性,其次由于它在电解液中处于浸湿状态,必须具备良好的耐碱性,并且要有良好的透气性等。
因此电池制造商在选择隔膜时多选用在较广的温度范围内(-55℃~85℃>
保持电子稳定性、体积稳定性、和化学稳定性。
隔膜性能的好坏在很大程度上将影响电池的循环寿命和自放电状况。
因此,透气性、厚度、阻抗的设计成为判别电池品质好坏的重要指标。
对于锂电池,如果隔膜的隔膜孔洞不好,将影响锂离子在正负极之间的传递,继而影响锂电池的充放电。
二、锂电池产业发展分析
(一)国内锂电池发展刺激政策
电动汽车对中国战略意义重大,政府动作频频。
作为汽车生产和消费大国,中国由于在传统汽车制造领域处于绝对落后,因此政府非常重视电动汽车的研发,希望借此实现跨越式发展,缩小汽车这个支柱产业与世界先进水平的差距。
从近些年政府政策制定看,对电动汽车的支持力度很大。
继2009年1月,由科技部、财政部、发改委、工业和信息化部共同启动十城千辆工程之后,2018年6月,财政部、科技部、工业和信息化部、国家发展改革委联合发布了《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》,备受关注的新能源汽车补贴实施细则正式出台。
实施细则确定在上海、长春、深圳、杭州、合肥等5个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作,政策明显倾向发展锂电池电动汽车,对插电式混合动力乘用车及纯电动车每辆最高补贴5万和6万元,对弱混电动车每辆仅补贴3000元。
市场推广政策
(1>
科技部“十城千辆”计划:
每年发展10个城市,每个城市推出1000辆新型动力汽车开展示范运行,涉及公交、出租、公务、市政等领域,将至少推广使用6万辆的节能与新能源汽车;
(2>
2009年9月,国家电网公司宣布其正在北京、上海和其他大型城市建造电动车充电站,每座充电站投资额为25万元人民币;
(3>
科技部目前正在考虑建造可插入汽车充电的充电站,而另一种是锂离子电池交换站,汽车在此可将用尽的电池交换一块充满电的电池;
(4>
2009年10月,通用透露正与国家电网商讨合作,以建立电动车充电平台。
经济优惠政策
财政部补贴计划:
在上海、长春、深圳、杭州、合肥等5个城市启动私人购买新能源汽车补贴试点工作,政策明显倾向发展锂电池电动汽车,对插电式混合动力乘用车及纯电动车每辆最高补贴5万和6万元,对弱混电动车每辆仅补贴3000元。
将通过应用汽车消费者税等各种税费政策,引导新型动力汽车消费;
目前正在研究通过所得税减免、进口税收优惠等政策,支持企业加大对新能源汽车的投入和技术改造的力度;
科技部会同重庆市政府将对长安杰勋混合动力汽车购买者提供每辆2万元的补贴。
法律强制政策结合研发经费补助
从2008年至2018年,湖南省和株洲、湘潭市每年共安排4500万元资金,专项用于电动汽车产业的发展;
国家电网公司正在加快建设电动汽车能源供给系统检测实验室,为开展电动汽车能源供给系统相关技术研究提供实验手段;
正在积极开展电动汽车供电系统、充电系统和电池系统等标准规范的研究和制订工作,目前已经完成了公共能源供给系统标准体系第一批6套标准规范的起草工作;
此外还将开展电动汽车相关配套政策的研究,为政府出台相关政策提供决策支持。
(二)国外刺激政策
为了加速本国电动汽车产业发展,占领未来行业竞争的制高点,西方各国纷纷推出电动汽车产业扶持政策,加大在相关领域的研发投入。
从政策着力点考虑,政策可包括2方面:
供给端政策和需求端政策。
供给端政策主要是加大基础材料的研发投入,加快充电站等相关配套设施建设和相关人员培训等。
需求端政策主要是购车补贴,税收优惠,政府采购电动车等措施。
(三)
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 锂离子电池 产业 发展 研究 分析 方案
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)