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鋰電池正極材料:將能量密度提高至200Wh/kg以上

作者:新聞中心 來源:日經(jīng)電子 發(fā)布時間:2013-02-22 瀏覽:次
     中國儲能網(wǎng)訊:電壓化將能量密度提高至200Wh/kg以上 
 
    在推進固溶體類正極材料基礎研究的過程中,作為更接近實用水平的5V正極材料開發(fā)的是鎳錳(Ni-Mn)類鋰氧化物。雖然本屆電池研討會沒有發(fā)表相關內容,不過在2012年10月舉行的電氣化學相關國際學會“PRiME2012”上,NEC采用將尖晶石型錳酸鋰(LiMn2O4)的一部分換成鎳的Li(Ni0.5Mn1.5)O4試制了單元并進行了發(fā)表。 
 
    與原來的LiMn2O4相比電壓可提高0.7V左右,因此單元的能量密度可由原來的約150Wh/kg提高約30%達到200Wh/kg以上。 
 
    NEC除正極材料外,還新開發(fā)了耐高電壓的含氟溶劑,抑制了在正極材料和電解液的界面產(chǎn)生的氧化分解。在組合使用Li(Ni0.5Mn1.54和石墨的單元試驗中,在20℃的溫度下進行500次充放電循環(huán)試驗后,可維持初期容量的約80%。另外,在45℃的高溫下進行相同的試驗后,確保了約60%的容量維持率。 
 
    另一方面,富士重工業(yè)著眼于組合使用Li(Ni0.5Mn1.54和石墨的單元在初期充電時的不可逆容量的抑制注10)。該公司以前就利用預摻雜鋰離子電容器等采用的鋰的技術。以前的預摻雜技術是在負極封裝鋰箔,鋰箔與石墨的電位差較小,摻雜需要較長時間。 
 
    注10) 富士重工業(yè)以“采用預摻雜技術的鋰離子充電電池的高能量密度化”為題發(fā)表了演講[演講序號:3C22] 
 
    因此,富士重工業(yè)開發(fā)出了采用Li(Ni0.5Mn1.54時在正極側封裝鋰箔,并預摻雜鋰的技術。Li(Ni0.5Mn1.54的鎳側有鋰,而錳側無鋰,利用鎳側與錳側約2V的電位差可從正極側摻雜鋰。 
 
    比較進行了預摻雜和未進行預摻雜的單元初期充放電容量發(fā)現(xiàn),進行預摻雜后抵消了負極的不可逆容量,比容量提高27%(圖15)。 
 
    圖15:從正極預摻雜鋰
 
    富士重工業(yè)開發(fā)出了從正極預摻雜鋰的技術??梢苑乐关摌O石墨的不可逆容量造成的容量降低。(圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)富士重工業(yè)的資料制作)
 
    此外,富士重工業(yè)還與日本化學工業(yè)共同發(fā)表了將磷酸釩鋰(Li3V2(PO4)3:以下稱LVP)與高容量NCA(Li(Ni-Co-Al)O2)混合的LVP-NCA類正極材料注11)。 
 
    注11) 富士重工業(yè)以“采用磷酸釩鋰的高容量高功率電池的開發(fā)”為題發(fā)表了演講[演講序號:3B16] 
 
    富士重工業(yè)采用將LVP與NCA按重量比3:7混合的正極試制了17Ah的層壓型單元(圖16)。能量密度為190Wh/kg(373Wh/L),平均電壓為3.64V,與僅采用NCA正極試制的單元具備基本相同的性能,同時大幅提高了輸出特性。SOC較低時的輸出特性尤為出色。富士重工業(yè)表示,通過改變混合比例,有望達到期望的輸出特性。 
 
    圖16:混合LVP提高NCA類正極材料的特性
 
    富士重工業(yè)通過在NCA類正極材料中混合LVP,提高了輸入輸出特性。(圖由《日經(jīng)電子》根據(jù)富士重工業(yè)的資料制作)
 
    充放電循環(huán)特性方面,循環(huán)5000次后的容量維持率為LVP-NCA類70%,NCA類63%,通過混合LVP提高了壽命特性。(未完待續(xù),記者:久米 秀尚、狩集 浩志,《日經(jīng)電子》)
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關鍵字:鋰電池 正極 材料

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