Fraunhofer先進材料與制造技術研究所Fabian Peter:下一代電動汽車動力電池的研發情況

2015年09月28日 10:09 來源:節能與新能源汽車網 作者:周怡博
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  Fraunhofer先進材料與制造技術研究所是歐洲最大的獨立研發機構,主要從事各種塑性材料和功能材料以及粘合劑技術等方面的研究。Fabian Peters先生認為現在動力電池的安全性越來越受到大家的關注,其中鋰離子動力電池由于其較高的比能量而被認為是電動汽車最理想的到動力電池之一。目前鋰離子電池已經發展到第二代,主要是石墨和NCM111,在未來的5到10年之后可能會迎來第三代鋰離子電池的發展,即擁有更高的NCM質量和電壓,除此之外,還可能會利用硅和石墨為基礎的陽極材料。等到2025左右,可能會有硫化物的電池,以及全固態電池,而到了2035年我們可能會使用鋰空氣電池。

  Fabian Peters先生首先介紹第三代電池,即以硅和石墨為陽極材料基礎的鋰離子電池。其研究結果表明,以硅元素為基礎的陽極材料比以石墨為陽極材料的鋰離子電池電容量提高十幾倍,并且原材料非常豐富,也沒有毒性。但是以硅為基礎的電極仍然也面臨著很多挑戰,其中最主要的是其一致性很差,必須要達到納米級別的粒子才能保證其一致性,否則就會對電池的安全性造成一定的隱患。此外,當電池在理化過程中,納米級別的硅粒子可以實現反復的充放電過程,而不會有人任何的分裂和分層現象,運行的比較穩定。

  Fabian Peters先生還研究了粘合劑對循環壽命的影響。并認為包含有硅元素的聚丙烯酸的粘合劑可以使電池循環壽命大大改善。其中,80%的硅含量會使得電極在5次循環以后發生微小的分層現象。而60%的硅含量就會使這種現象緩解很多,因此在電極里面可能要加入一些緩沖區,這樣就會優化導電性,也就是在不同的微粒和硅微粒之間的導電性就會提高。目前的研究結果表明,25%的硅含量可以使得電池在超過400次的循環之后仍然能達到99.82%的有效性。但是目前在50到100次循環的時候,電池的效率很低,在75次循環之后效率會有明顯的提升,這個具體的原理還需要進一步的研究。

  Fabian Peters先生進一步介紹了第四代電池,即全固態電池的具體情況。全固態的電池和電解液電池的明顯不同就是液體的電解質換為固體的電解質,有一個固固之間的界面,而不是固液之間的界面。全固態電池有很高的安全性,由于電解液是不可燃的,其可以達到很高的能量密度。此外,由于固體電解質可以使用金屬鋰,在電池的陰極可以達到很高的電壓,設計也可以更加緊湊,并且可以設計成不同形狀,這樣可以使電池的應用更加廣泛。但是固態電池也面臨很多問題,首先是離子的導電性變的很差,這就需要在電化學反應方面做更多的努力。并且在化學穩定性和機械性能方面做更多的研究,把電解質和固態微粒充分結合起來。目前理想的四種材料包括陶瓷、硫、玻璃和聚合物,但是這4種材料在化學穩定性和機械新能方面各有優劣,需要進一步的研究。目前全固態電池給我們提供了很多研究的機會和可能性,我們將在接下來的10年中繼續從事這方面的額工作,是電池的比能量達到400wh/kg,并使電池更加穩定可靠。

編輯:lj

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