鉅大LARGE | 點擊量：1138次 | 2019年04月27日
為什么鋰電池能在手機(jī)、筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用？
盡管以電動汽車為代表的新能源汽車，在當(dāng)前世界各國都掀起了汽車產(chǎn)業(yè)新一輪的革命。但就目前的階段水平來說，電動汽車的發(fā)展，歸根結(jié)底還是要依靠鋰電池技術(shù)的突破?？梢哉f，“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(jīng)走進(jìn)社會生活很多年，鋰離子電池以優(yōu)異的性能已經(jīng)在如手機(jī)、筆記本電腦等數(shù)碼產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)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(yīng)用維度中找到了巨大的發(fā)展空間。目前，除發(fā)展起步較早的鋰離子技術(shù)外，磷酸鐵鋰電池正被認(rèn)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(yōu)點。
據(jù)相關(guān)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(guī)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(huán)保部近期出臺的對鉛酸電池重金屬污染的強(qiáng)力整治措施，將使目前國內(nèi)60%以上的鉛酸電池產(chǎn)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(xiàn)爆發(fā)性增長的預(yù)期，鋰行業(yè)在經(jīng)歷初期的熱炒之后，在理性的軌道上實現(xiàn)復(fù)蘇。近日，國際兩大鋰業(yè)公司德國Chemetall和美國FMC宣布自7月1日起上調(diào)鋰產(chǎn)品價格。隨著新能源汽車的日趨成熟進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)
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(shù)程度來說，有鋰尚且還做不到行遍天下。技術(shù)尚未成熟和產(chǎn)業(yè)化，是兩個需要時間解決的絆腳問題。
當(dāng)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(biāo)還不足以使純電動汽車完全替代燃料汽車所有的功能。據(jù)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(yuǎn)不能適應(yīng)電動汽車產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化的要求。只有在電池能量密度達(dá)到500Wh/kg以上時，純電動汽車?yán)m(xù)行駛里程才能與傳統(tǒng)汽車相當(dāng)。要達(dá)到這個技術(shù)，尚需要開發(fā)新型電池材料。
按照現(xiàn)有規(guī)劃，到2015年前后，電池能量密度才可達(dá)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(dá)到250Wh/kg，成本為1.5元/Wh。此時，純電動汽車尚不足以與傳統(tǒng)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(tǒng)一、電池所有權(quán)、充電或換電過程中出現(xiàn)的電池質(zhì)量歸誰負(fù)責(zé)、充電或換電拆裝引起的安全問題歸誰負(fù)責(zé)等一系列需要標(biāo)準(zhǔn)化、法規(guī)化的問題。
稀土需要省吃儉用
盡管多方押寶鋰產(chǎn)業(yè)，但是作為主角的鋰，卻有著“稀有金屬”的名號。僧多粥少或?qū)⒊蔀槲磥黼姵仡I(lǐng)域的現(xiàn)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(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局的研究數(shù)據(jù)：全球鋰儲量為1100萬噸，2008年鋰產(chǎn)量達(dá)到27400噸，而碳酸鋰和氧化鋰年萃取量約為80000噸，相當(dāng)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(yè)，不太適合用于電池）。
就目前技術(shù)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(dá)到7000萬輛，以其中5%為電動汽車或復(fù)合電動汽車計算，則額外需求超出55000噸碳酸鋰，這已經(jīng)超過了2010年的全球消費數(shù)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(chǎn)業(yè)，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(shù)是高溫冶金熔煉技術(shù)，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(guān)鍵元素需求的明顯方法是尋找替代品。豐田和日產(chǎn)公司已經(jīng)在為旗下混合動力汽車和電動汽車開發(fā)無需稀土元素的發(fā)動機(jī)。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(huán)利用也許是減少對這些能源關(guān)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(yīng)該介入對能源關(guān)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(fēng)頭正勁的磷酸鐵鋰，成為未來國內(nèi)動力鋰電池正極材料發(fā)展的主流方向。這是上周在北京舉行的2011鋰電池關(guān)鍵材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)投資論壇上傳出的信息。北京大學(xué)工學(xué)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(yōu)點，能夠滿足鋰電池在小型電子產(chǎn)品和電動汽車等領(lǐng)域的使用要求。
據(jù)夏定國介紹，已上報國務(wù)院的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)劃（2011～2020年）》提出，到2015年我國動力電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到120瓦時/千克以上，到2020年要達(dá)到200瓦時/千克以上。目前現(xiàn)有的磷酸鐵鋰材料能量密度參數(shù)最好的僅為120瓦時/千克左右，而富鋰錳基材料實驗數(shù)據(jù)能達(dá)到220瓦時/千克，比磷酸鐵鋰高出約一倍。
據(jù)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(xiàn)的時間并不長。2005年7月，國內(nèi)開發(fā)出大容量磷酸鐵鋰電池，其安全性能與循環(huán)壽命超過鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳鈷錳，在當(dāng)時被認(rèn)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(chǎn)業(yè)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(wěn)定性和常溫循環(huán)性能優(yōu)異外，磷酸鐵鋰電池存在一些固有的缺陷?！鄙綎|青島新正鋰業(yè)有限公司總經(jīng)理孫玉城分析了癥結(jié)所在。
孫玉城指出，首先，磷酸鐵鋰電池充放電循環(huán)時容易引起電池內(nèi)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(fù)雜，其一致性和穩(wěn)定性也最難控制，由此導(dǎo)致磷酸鐵鋰電池配組后的實際循環(huán)壽命與它的理論循環(huán)壽命2000次相差甚遠(yuǎn)。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(nèi)對富鋰錳基材料的研究自去年起開始升溫，制備技術(shù)基本采用液相共沉淀法，與國外技術(shù)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(huán)壽命和倍率性能等方面基本沿用了國外的相關(guān)技術(shù)，受到專利方面的制約，尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。
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