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盖世汽车资讯|中国科学院黄学杰：动力电池无钴正极材料的技术研究( 二 )


第二代的动力电池的材料——碳酸铁锂 ， 碳酸铁锂是完全无钴的材料 ， 感谢两位老先生 ， 一个提出用在碳酸铁锂 ， 一个是解决了碳酸铁锂工业性的问题 ， 开始用在很多车辆上 。 这件事情我们也比较早地推动这件事 ， 做材料的故事不讲了 。 2000年的时候 ， 我们提出该做碳酸铁锂了 ， 当时吴老师是裁判员 ， 他是碳酸铁锂专家组的责任专家 ， 给了我当时一笔很大的资金 ， 有一个重点课题 ， 叫做碳酸铁锂新型正极材料的研究 ， 2001年给了500万 ， 这是很大的一笔钱 。 那个时候做这个材料 ， 但是光做材料不行 ， 我们得拿电池说话 ， 到了05、06年的时候电池出来了 ， 开始在全世界推销 ， 正好在法国抽了26家的电池测试 ， 到了2010年他们跟我讲这个电池不错 ， 使用下来有6千多次的寿命 ， 我说这样吧 ， 我们装一批车 ， 能够坐三四个人的 ， 这个车装了2千多辆 ， 他们告诉我一部分已经跑过十年了 ， 最短的也跑了7年多了 ， 还没有一台车子换电池 ， 证明电池是可靠的 。 今天人们把碳酸铁锂拿去做公交车更大的车子 ， 听说做了一万多次的寿命了 ， 十几年了 ， 寿命提高一倍也是正常现象 。
刚才肖成伟研究员也介绍了 ， 现在主要是三元 ， 去年卖的动力电池32%是碳酸铁锂 ， 65%是三元 。 与碳酸铁锂同时代的三元正极材料离不开钴 ， 为什么？因为这是一个层状的结构 ， 锂和镍之间互相占位 ， 钴进去以减少镍和锂的互占位 。 人们在不断的努力降低钴的含量 ， 原来镍钴锰的含量一样 ， 是三分三 ， 接着把它往上提 ， 提到523 ， 钴变成20% ， 接着是811 ， 整到80%的镍 ， 10%的钴 ， 钴越来越少的时候 ， 材料技术进步才能做到这点 ， 当然能量也会相应的上升 ， 也会带来其他的问题 ， 就是说安全的系数要求会高一些 。 今天人们想继续降钴的含量 ， 三元材料降钴有新技术 ， 今天很多人讲无钴 ， 更多的是把三元材料的钴越降越少 ， 从811的10%降到5% ， 接着往下压到3% ， 接下来比较少 ， 大家认为就是无钴了 。 这里有两条技术路线 ， 一条是把它做成梯度的材料 ， 所谓的梯度的材料 ， 把一部分的材料 ， 以锰为主 ， 产生了混合线 ， 外层是以镍和钴为主 ， 这样降低了钴的含量 。 今天我们都在做梯度的材料 ， 把钴的含量降到3%甚至更少 。 这点今天也能够做到 ， 实验室里做到了 。
几十年来我们在琢磨的一个事就是把镍酸锂做层 ， 专门作层状的镍的前躯体 ， 接着把各种元素放进去 ， 就是不用钴稳定结构 。 这块是持续地做 ， 我的理解 ， 大家说层状的无钴是逐步的减少钴的含量 ， 直至5%、3%甚至到1% 。 如果我们采用的是镁、钛、或者是其他的材料 ， 我们就把钴剔除出来了 。
今天还要介绍一个材料 ， 专家委员会把它选为前沿技术的一项 ， 这是一种高电压不含钴的材料 ， 提高电池的能量有两种方式 ， 一种方式是提升容量 ， 一种方式是提升电压 ， 我更喜欢提升它的电压 ， 为什么？我讲一个例子 ， 就是镍锰酸锂不含钴 ， 镍也不多 ， 镍占1/4 ， 锰占3/4 ， 但是 ， 这个材料和今天石墨的负极配对 ， 做成的电池电压是4.5伏 ， 碳酸铁锂是3.2伏 ， 大概高40.6% ， 这个材料的颗粒容量150不到一点 ， 碳酸铁锂160 ， 高一些 ， 但是 ， 因为密度大 ， 电池长宽高一样做出来的容量是一样的 ， 但是电压高了40多一点 ， 可想而知能量就散去了 ， 能量多了40% 。 负极的量也没有变 ， 制造的费用也没有变 ， 成本有可能降30% 。 所以 ， 材料是能够做出贡献的 。
这个材料在锂资源的利用效率也是最高的 ， 因为我们要尽可能的利用锂资源 ， 每一公斤的碳酸锂能够储存多少容量 ， 如果做成碳酸铁锂电池差不多12个千瓦时 ， 能够储存12度电 ， 如果做成锰酸锂电池储存11个千瓦时 ， 但是 ， 如果能够做到镍锰酸锂电池可以做到16个千瓦时 ， 对锂资源的利用率也是最高的 ， 所以 ， 把它做出来之后 ， 咱们要为行业提供锂资源利用率更有效 ， 成本更优的方案 。 做了很多年 ， 能够控制材料的形貌 ， 更重要的是 ， 这种材料不稳定 ， 一般的情况下有两个原因 ， 一是层状材料内部的结构容易发生不稳定 ， 这个材料是尖晶石 ， 这是最稳定的结构了 ， 所以内部没有问题 ， 问题就出在表面上 ， 我们有一些办法改进材料的表面 ， 因为内部是很稳定的 ， 不像别的正极材料 ， 内部不稳定 ， 外部也不稳定 ， 内外都要弄 ， 这个材料有一个好处 ， 解决了内部问题 ， 内部的问题很稳定我们抓住外部就好了 。 抓下来以后 ， 今天是什么结果呢？今天我们拿它跟NCA比 ， 比下来是什么结果呢？循环100周以后是99.24% ， 接下来两个差不多 ， 但是到了55度的时候 ， 这个材料循环100周以后 ， 容量保持率达98.65% ， 所以 ， 优于三元材料 。


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