Fraunhofer先进材料与制造技术研究所Fabian Peter:下一代电动汽车动力电池的研发情况

2015年09月28日 10:09 来源:节能与新能源汽车网 作者:周怡博
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  Fraunhofer先进材料与制造技术研究所是欧洲最大的独立研发机构,主要从事各种塑性材料和功能材料以及粘合剂技术等方面的研究。Fabian Peters先生认为现在动力电池的安全性越来越受到大家的关注,其中锂离子动力电池由于其较高的比能量而被认为是电动汽车最理想的到动力电池之一。目前锂离子电池已经发展到第二代,主要是石墨和NCM111,在未来的5到10年之后可能会迎来第三代锂离子电池的发展,即拥有更高的NCM质量和电压,除此之外,还可能会利用硅和石墨为基础的阳极材料。等到2025左右,可能会有硫化物的电池,以及全固态电池,而到了2035年我们可能会使用锂空气电池。

  Fabian Peters先生首先介绍第三代电池,即以硅和石墨为阳极材料基础的锂离子电池。其研究结果表明,以硅元素为基础的阳极材料比以石墨为阳极材料的锂离子电池电容量提高十几倍,并且原材料非常丰富,也没有毒性。但是以硅为基础的电极仍然也面临着很多挑战,其中最主要的是其一致性很差,必须要达到纳米级别的粒子才能保证其一致性,否则就会对电池的安全性造成一定的隐患。此外,当电池在理化过程中,纳米级别的硅粒子可以实现反复的充放电过程,而不会有人任何的分裂和分层现象,运行的比较稳定。

  Fabian Peters先生还研究了粘合剂对循环寿命的影响。并认为包含有硅元素的聚丙烯酸的粘合剂可以使电池循环寿命大大改善。其中,80%的硅含量会使得电极在5次循环以后发生微小的分层现象。而60%的硅含量就会使这种现象缓解很多,因此在电极里面可能要加入一些缓冲区,这样就会优化导电性,也就是在不同的微粒和硅微粒之间的导电性就会提高。目前的研究结果表明,25%的硅含量可以使得电池在超过400次的循环之后仍然能达到99.82%的有效性。但是目前在50到100次循环的时候,电池的效率很低,在75次循环之后效率会有明显的提升,这个具体的原理还需要进一步的研究。

  Fabian Peters先生进一步介绍了第四代电池,即全固态电池的具体情况。全固态的电池和电解液电池的明显不同就是液体的电解质换为固体的电解质,有一个固固之间的界面,而不是固液之间的界面。全固态电池有很高的安全性,由于电解液是不可燃的,其可以达到很高的能量密度。此外,由于固体电解质可以使用金属锂,在电池的阴极可以达到很高的电压,设计也可以更加紧凑,并且可以设计成不同形状,这样可以使电池的应用更加广泛。但是固态电池也面临很多问题,首先是离子的导电性变的很差,这就需要在电化学反应方面做更多的努力。并且在化学稳定性和机械性能方面做更多的研究,把电解质和固态微粒充分结合起来。目前理想的四种材料包括陶瓷、硫、玻璃和聚合物,但是这4种材料在化学稳定性和机械新能方面各有优劣,需要进一步的研究。目前全固态电池给我们提供了很多研究的机会和可能性,我们将在接下来的10年中继续从事这方面的额工作,是电池的比能量达到400wh/kg,并使电池更加稳定可靠。

编辑:lj