鋰電行業(yè)的新技術(shù)和大事件 超級鐵鋰電池重磅來襲

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)專題研討會在寧德成功召開。會議期間，CATL向參會代表展示了采用“超級鐵鋰+高能量密度快充石墨”體系的EnerSpeedy超級鐵鋰電池的充電過程。該產(chǎn)品是60Ah的超級鐵鋰電池，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，而對于正極的選擇，無論是選三元還是選擇磷酸鐵鋰，都不會影響快充的性能發(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、高能量密度及長循環(huán)壽命。

從CATL取得的成績來看，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，相信中國的新能源汽車市場將會迎來真正的爆發(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)，對鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)新材料開發(fā)做合成評估，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，將會耗費(fèi)很長的研發(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。結(jié)果證實(shí)，該方法能在更短的時(shí)間內(nèi)，預(yù)測高鋰離子傳導(dǎo)率的最佳材料組合。同時(shí)還能夠在預(yù)測過程中發(fā)現(xiàn)效率更強(qiáng)的高鋰離子傳導(dǎo)率。

點(diǎn)評：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、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Perla Balbuena 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（graphene oxide）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：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，簡直是“萬金油”。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。

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鋰空氣電池研究獲新突破

近日，一支來自美國伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（UIC）、阿貢國家實(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涂層鋰陽極僅允許鋰陽離子通過，從而保護(hù)陽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)壽命長達(dá)700次。

點(diǎn)評：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。