目前新能源汽车业内比较火热的动力电池是磷酸铁锂电池和三元电池,被寄予厚望的富锂锰基电池则一直不温不火。电动汽车资源网获悉,7月工信部公示的第310批新车公示中,富锂锰基电池出现在配套名单中,由浙江遨优动力提供配套,配套的车型为江苏陆地方舟新能源车辆股份有限公司生产发陆地方舟牌RQ5026XXYEVZ1纯电动厢式运输车和新日(无锡)发展有限公司生产的新日牌XRF5032XXYBEV纯电动厢式运输车,这不管是在中国还是全球均属首次。

前途不可限量的富锂锰基

我国高度重视新能源汽车产业,将新能源汽车列为七大战略性新兴产业之一。对于新能源汽车而言,不管国家的支持政策如何,决定其发展的关键因素仍是能否满足消费者的需求。目前,受限于动力电池技术水平,大部分商业化的纯电动汽车续航里程仍然偏低,消费者对其存在着严重的“里程焦虑”,购买欲望不强。电动汽车资源网了解到,纯电动汽车续航达到320公里,可以满足大多数消费者的使用需求;续航达到600公里,接近于燃油车满油状态下的续航里程,才能消除消费者的“里程焦虑”。因而,研发出新一代高能量密度的动力电池,是动力电池未来技术发展的必然要求和趋势。

就目前行业的技术来说,降低电芯非活性物质质量来提高动力电池能量密度的技术已经触顶,通过使用能量密度更高的正负极材料来提高动力电池的能量密度是更有效的方法。电动汽车资源网了解到,在已知的正极材料中,富锂锰基正极材料放电比容量高达300mAh/g,是当下已经商业化应用的磷酸铁锂和三元材料等正极材料放电比容量的一倍左右,非常适合用来做新一代高能量密度动力锂电池正极材料。富锂锰基材料具有成本低、容量高、无毒安全等优点,用来做正极材料能够满足动力电池在电动汽车等领域的使用要求。在解决了相关制约技术问题后,富锂锰基正极材料具有放电比容量的绝对优势将有利于实现电动汽车的大规模推广。

富锂锰基合成方法及存在问题

富锂锰基正极材料主要有以下几种合成方法:

一、共沉淀法。共沉淀法是将几种过渡金属离子在原子级水平上均匀混合,样品的形貌易于形成规则球形,且粒径分布均匀。

二、溶胶-凝胶法。此方法合成的富锂锰基电化学性能相对优良,但产物的形貌不易控制,常需要花费大量昂贵的有机酸或醇,成本较高。

三、固相法。固相法要求对原料要有很好的混合,并在煅烧过程中要保证几种过渡金属离子有充分的扩散。

富锂锰基正极材料的放电比容量有绝对优势,但要将它应用在动力电池上,还有很长的路要走,因为其还存在着以下几个技术性难题:

一、首次循环不可逆容量相对较大。研究表明,其首次库仑效率通常在75%,经过改性处理后能够达到88%左右。这是因为首次充电至4.5V以上时,晶格中的O²-伴随着Li+以Li₂O的形式脱出,为了保持电荷的平衡,表层的过渡金属离子会迁移至体相,占据Li+脱出留下的八面体位,从而导致放电时Li+无法完全回嵌,造成不可逆的容量损失。因此,企业在进行电池工业设计的时候,必须考虑到正极的首次使用效率,避免因为负极质量设计不足而导致金属锂枝晶的形成。

二、电压平台下降,循环稳定性能差。由于充放电过程中Mn离子向锂层中的锂空位迁移,引起材料的层状结构逐渐向类尖晶石相转化。此外,由于材料工作电压窗口较高,想要容量完全发挥出来,全电池的电压范围就必须设置在2.0~4.7V,而目前大部分商业化的电解液仍不能满足需求。一般来说,循环测试时的电压窗口设置在2.5~4.5V,因此限制了富锂锰基正极材料高比能优势的发挥。所以就需要通过表面包覆、体相掺杂、颗粒纳米化等方法对富锂锰基正极材料进行改性处理。此外,还要使用相匹配的高压电解液。

三、储存性能和涂覆性能相对较差。储存性能是影响正极材料能否实用化的一个关键因素,生产、贮藏、运输及电池的制造过程中,正极材料的各项物理化学性能均必须保持稳定。相关研究表明,由于富锂锰基正极材料碱度较大且表面粗糙,相比钴酸锂等正极材料更容易吸潮,因此在动力电池的制备过程中,必须严格控制水分,以免产生涂覆过程中黏附力下降以及电池胀气等问题。

尽管富锂锰基在发展过程中还存在着各种问题,但此次其首现配套可以说让我们看到了富锂锰基走向商业化的一丝曙光。富锂锰基能否成为未来主流的正极材料,我们且看且期待。

(来源:电动汽车资源网 黄诚)

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