中国电动汽车高能电池研发与市场现状20101019.docVIP

中国电动汽车高能电池研发与市场现状（上） 2010/10/18 00:00 HYPERLINK /news/sino/53610html?tmpl=componentprint=1page= \o 打印 打印 HYPERLINK /component/mailto/?tmpl=emaillink=aHR0cDovL2NoaW5hLm5pa2tlaWJwLmNvbS5jbi9uZXdzL3Npbm8vNTM2MTAtMjAxMDEwMTUuaHRtbA%3D%3D \o E-mail E-mail 　　目前，世界各国的研究机构都在针对未来市场需求加紧新能源电池的研究工作，如锂硫电池、金属（锂、铝、锌）空气电池等。这类电池的特点是，原材料成本低，能源消耗少，低毒，能量密度高。锂硫电池的能量密度可达2600 Wh/kg，锂空气电池的能量密度可达3500 Wh/kg。 锂硫电池 　　锂硫电池已成为日本新能源汽车动力电池技术研究方向之一，日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）自2009年起，每年投入300亿日元（约合24亿元人民币）的研发预算，目标是在2020年能量密度达到500Wh/kg。美国在这方面走的更快一些，其能源部最近投入500万美元资助锂硫电池的研究，计划2013年能量密度达到500Wh/kg。 　　国际上锂硫电池研究的代表性厂商有美国的Sion Power、Polyplus、Moltech，英国的Oxis及韩国三星等。Polyplus的2.1Ah锂硫电池的能量密度已达420Wh/kg或520Wh/l。2010年7月，Sion Power应用于美国无人驾驶飞机动力源的锂硫电池表现引人注目，无人机白天靠太阳能电池充电，晚上放电提供动力，创造了连续飞行14天的纪录。其能量密度和循环性能的近期目标分别是超过500Wh/kg和500次循环。到2016年，要达到600Wh/kg和1000次循环。 　　在中国，天津电子18所、防化研究院、清华大学、上海交通大学、国防科技大学、武汉大学、北京理工大学等正在进行锂硫电池的研究。 　　研究中发现，由于正极活性材料的放电溶解及金属锂表面的不稳定性，硫本身及其放电产物的电绝缘性（5x10-30S/cm）等因素的影响，导致锂硫电池的循环稳定性较差，活性材料利用率偏低。 大介孔碳正极材料 　　锂硫电池的正极材料包括多孔碳，如大介孔碳、活性碳、碳凝胶等（见表1）；碳纳米管、纳米结构导电高分子材料，如MWCNT、PPy、PANi/PPy等（见图1）；以及PAN。  表1 不同孔结构的多孔碳/硫复合材料的电化学性能 图1 碳纳米管和纳米结构聚合物硫复合材料 　　中国防化研究院的王维坤博士在9月16日于上海复旦大学举行的“未来电动汽车高能电源研讨会”上表示，大介孔碳可通过充填单质硫形成寄生型碳硫复合物。利用碳的高孔容（1.5cm3/g），保证硫的高填充量，实现高容量；利用碳的高表面密度（500cm2/g）吸附放电产物，提高循环稳定性；利用碳的高导电性（几S/cm）改善单质硫的电绝缘性，提高硫的利用率和电池的充放电倍率性能。  中国电动汽车高能电池研发与市场现状（上） 2010/10/18 00:00 HYPERLINK /news/sino/53610html?tmpl=componentprint=1page= \o 打印 打印 HYPERLINK /component/mailto/?tmpl=emaillink=aHR0cDovL2NoaW5hLm5pa2tlaWJwLmNvbS5jbi9uZXdzL3Npbm8vNTM2MTAtMjAxMDEwMTUuaHRtbA%3D%3D \o E-mail E-mail 　　大介孔碳的制备过程是：采用纳米CaCO3作模版，酚醛树脂作碳源，经过碳化、CO2内活化、HCL去模版、水洗。表面密度为1215 cm2/g，孔容为9.0 cm3/g，电导率为23S/cm。然后，与硫在300℃高温下共热，制备成LMC/S材料，其中S占70%。如图2所示。  图2 大介孔碳硫复合材料的制备 　　由于硫电极低电压平台的高低与电解液的粘度密切相关，粘度越大，低电压平台越低；电导率与粘度比值越高，电池的电化学性能越好。因此，电解液的优化组成为0.65M LiTFSI/DOL+DME(体积比为1:2)。 　　明胶粘合剂具有良好的粘附性、分散性，在锂硫电池电解液中不溶解、不溶涨，能促进多硫离子在充电时完全氧化成单质硫，可提高锂硫电池的放电容量和循环性能。 　　多孔电极采用“冷冻干燥、冰晶制孔”工艺制备，可保证电解液的深层浸润，减少因放电产物的覆盖导致活性反应部位的损失。