提升動(dòng)力電池的能量密度和快充性能,被認(rèn)為是當(dāng)前解除消費(fèi)者續(xù)航里程焦慮問題的可行路徑.

在補(bǔ)貼金額與能量密度掛鉤的倒逼之下,當(dāng)前國(guó)內(nèi)大批動(dòng)力電池企業(yè)通過改進(jìn)材料體系和PACK輕量化等方式,實(shí)現(xiàn)了能量密度的大幅提升,系統(tǒng)能量密度達(dá)140wh/kg已經(jīng)成為一種常態(tài).但是在動(dòng)力電池的快充性能方面卻遲遲沒有取得較大的突破.

日前,電動(dòng)汽車大功率充電試點(diǎn)專題研討會(huì)在寧德成功召開.會(huì)議期間,CATL向參會(huì)代表展示了采用"超級(jí)鐵鋰+高能量密度快充石墨"體系的EnerSpeedy超級(jí)鐵鋰電池的充電過程.該產(chǎn)品是60Ah的超級(jí)鐵鋰電池,可進(jìn)行5C充電,演示過程用時(shí)7分12秒,就完成了20%至80%的充電,而20%到100%充電,僅耗時(shí)13分8秒.

據(jù)了解,CATL超級(jí)鐵鋰電池5C速能型產(chǎn)品系統(tǒng)能量密度在70Wh/kg以上,3C高能型產(chǎn)品在115Wh/kg以上,循環(huán)壽命可達(dá)10000次.同時(shí),CATL還開發(fā)了三元體系的快充電池,實(shí)現(xiàn)15分鐘內(nèi)SOC從5%充電到85%,能量密度190Wh/kg,循環(huán)壽命超過2500次,下一步在保證4C快充前提現(xiàn),能量密度可繼續(xù)提升至210Wh/kg.

CATL快充項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王博士解釋,快充的重點(diǎn)在負(fù)極,而對(duì)于正極的選擇,無論是選三元還是選擇磷酸鐵鋰,都不會(huì)影響快充的性能發(fā)揮,還有它的可靠性.

因此,CATL采用了"快離子環(huán)"技術(shù)修飾,修飾后的石墨兼顧超級(jí)快充和高能量密度的特性,快充時(shí)負(fù)極不再出現(xiàn)副產(chǎn)物,所以大大提高鋰離子在石墨層的嵌入速度,從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異倍率性能、高能量密度及長(zhǎng)循環(huán)壽命.

從CATL取得的成績(jī)來看,磷酸鐵鋰電池和三元電池都可以實(shí)現(xiàn)快充但影響產(chǎn)品性能,這無疑可以大大提升了鋰離子電池在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用,同時(shí)也給其它電池企業(yè)提供了借鑒和參考.在當(dāng)前進(jìn)入推薦目錄的新能源車型中,快充類車型的快充倍率基本上都在5C以下,表明國(guó)產(chǎn)動(dòng)力電池的快充性能還有待提升,一旦能夠取得突破,相信中國(guó)的新能源汽車市場(chǎng)將會(huì)迎來真正的爆發(fā).

下面就來看本周鋰電行業(yè)都有哪些新技術(shù)和大事件吧.

1、富士通利用人工智能技術(shù)開發(fā)鋰電池技術(shù)

外媒報(bào)道,富士通株式會(huì)社和日本理化學(xué)研究所公布了最新的鋰電池研發(fā)技術(shù).兩者將應(yīng)用第一性原理計(jì)算(量子力學(xué))以及人工智能AI技術(shù),對(duì)鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)新材料開發(fā)做合成評(píng)估,可以在資料和數(shù)據(jù)不全的情況下,也能夠嘗試更多材料的結(jié)合,并得以實(shí)際驗(yàn)證.同時(shí)有了人工智能技術(shù)的支持,將大幅度提升鋰電池材料的開發(fā)速度.

在傳統(tǒng)的鋰電池材料開發(fā)上,需要依賴研究人員長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)和敏銳的直覺,在嘗試新的材料合成時(shí),對(duì)于數(shù)據(jù)的依賴也很高.而第一性原理計(jì)算將基于量子力學(xué)可以預(yù)測(cè)的特征(波函數(shù)特性),在實(shí)驗(yàn)之前就可以感知新材料的最佳組合模式,從而大幅減少實(shí)驗(yàn)失敗次數(shù).但同時(shí)第一性原理計(jì)算的負(fù)荷巨大,材料各種組成需要多重計(jì)算,將會(huì)耗費(fèi)很長(zhǎng)的研發(fā)時(shí)間.

所以研究小組引入人工智能AI技術(shù),使其可以控制制第一性原理計(jì)算的運(yùn)算次數(shù),并更有指向性的對(duì)鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)的三種含有鋰的氧酸鹽合成化合物進(jìn)行了預(yù)測(cè).結(jié)果證實(shí),該方法能在更短的時(shí)間內(nèi),預(yù)測(cè)高鋰離子傳導(dǎo)率的最佳材料組合.同時(shí)還能夠在預(yù)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)效率更強(qiáng)的高鋰離子傳導(dǎo)率.

點(diǎn)評(píng):將精于大數(shù)據(jù)計(jì)算的量子力學(xué)和善于分析演算的AI技術(shù)結(jié)合開發(fā)鋰電池技術(shù),相比于人工腦力計(jì)算,的確可以大大提高研發(fā)的試錯(cuò)率和成功率,同時(shí)可以將所有研發(fā)數(shù)據(jù)整合起來便于分析對(duì)比,為鋰電池的研發(fā)提高了數(shù)據(jù)支撐.如果這項(xiàng)技術(shù)一旦成熟應(yīng)用,新型鋰電池技術(shù)的開發(fā)或?qū)⒓涌?從而研發(fā)出能量密度更高、壽命更長(zhǎng)、更安全的新一代鋰電池.

2、氧化石墨烯加速有機(jī)鋰電池商業(yè)化

鋰電池的鋰金屬在過充或多次循環(huán)使用后容易生成枝晶,進(jìn)而刺穿隔離層導(dǎo)致自爆.

因此伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校(UIC)與德克薩斯州A&M大學(xué)(TAMU)組成團(tuán)隊(duì),盼能加速找出解決辦法,并希望能透過超級(jí)電腦來了解枝晶形成過程中化學(xué)與物理原理.TAMU化學(xué)工程教授PerlaBalbuena表示,團(tuán)隊(duì)目的是開發(fā)可保護(hù)鋰金屬的涂料,并可借由涂料減緩鋰沉積.

該團(tuán)隊(duì)研發(fā)一種可噴在電池玻璃纖維分離層的氧化石墨烯(grapheneoxide)納米層片,這些材料能讓鋰離子順利流動(dòng),同時(shí)也可減緩并控制離子與電子結(jié)合變成中性原子的速度.該涂料讓原子沉積不會(huì)像針一樣不平均,而是在底部形成平坦表面.

研究員利用電腦模型與模擬,并結(jié)合物理實(shí)驗(yàn)與顯微鏡成像.結(jié)果顯示鋰離子會(huì)在氧化石墨烯層上形成薄膜,再透過材料間隙沉積到氧化石墨烯層底下,材料間隙作用類似于懷舊彈珠臺(tái)的軌道,可放慢沉積速度與引導(dǎo)方向.

氧化石墨烯也可增加電池循環(huán)壽命,與其他電池的120次循環(huán)壽命相比,該電池可以達(dá)到160穩(wěn)定循環(huán).

該氧化石墨烯可借由便宜實(shí)惠的噴涂來達(dá)成,但由于涂料很薄,要確定位置是個(gè)挑戰(zhàn),Balbuena表示,實(shí)驗(yàn)中也無法從微觀層面上確定涂層在哪,該涂料非常薄,所以不太需要精確定位其位置.

點(diǎn)評(píng):無所不能的石墨烯又來了,按照該團(tuán)隊(duì)的研究,在鋰電池用加入氧化石墨烯不但有望解決鋰枝晶問題,還能增加電池的循環(huán)壽命和安全性,簡(jiǎn)直是"萬(wàn)金油".但與此前所有石墨烯電池新聞一樣,這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)際作用還停留在研究階段.

3、鋰空氣電池研究獲新突破

近日,一支來自美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校(UIC)、阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和加州州立大學(xué)北嶺分校的聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)在《自然》雜志上發(fā)表文章稱,采用了兩種策略來限制在含有代表性量的O2,N2,CO2和H2O的模擬空氣氛圍中的鋰-氧電池中的副反應(yīng).

首先,團(tuán)隊(duì)開發(fā)了Li2CO3/C涂層鋰陽(yáng)極僅允許鋰陽(yáng)離子通過,從而保護(hù)陽(yáng)極免受模擬空氣的成分影響.其次,基于先前報(bào)道的二硫化鉬納米薄片構(gòu)建陰極,并使用離子液體1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽(EMIM-BF4)和二甲基亞砜(DMSO)的混合物作為電解質(zhì).

該系統(tǒng)的組件一起運(yùn)行,以防止在CO2和H2O存在下形成副產(chǎn)物.在模擬空氣環(huán)境中作為鋰空氣電池工作,循環(huán)壽命長(zhǎng)達(dá)700次.

點(diǎn)評(píng):相比于傳統(tǒng)的鋰離子電池,鋰空氣電池可以實(shí)現(xiàn)比鋰離子電池高得多的能量密度,原料也非常充足(鋰金屬單質(zhì)(Li)和空氣中的氧氣(O2)作為電極),有望打破電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航瓶頸,而且更環(huán)保.然而,與鋰離子電池2000次以上的循環(huán)壽命相比,鋰空氣電池只有700次循環(huán)壽命,無疑是致命的短板.