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    星恒電源-王正偉:《錳酸鋰技術新路線》

    發布日期:2021-07-20

    核心提示:7月7日,2021中國國際鋰電產業大會(簡稱金磚鋰電論壇)在上海汽車會展中心順利召開。本屆金磚鋰電會議為期兩天,主題為以新技術
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    7月7日,2021中國國際鋰電產業大會(簡稱金磚鋰電論壇)在上海汽車會展中心順利召開。本屆金磚鋰電會議為期兩天,主題為以“新技術、新應用、新發展”為主題,采用“會議論壇+展覽展示+體驗營銷”三位一體的創新模式,多項重點活動同期同地舉辦,充分協同聯動,品牌效應和影響力大幅提升。
     
    星恒電源股份有限公司電池研究院院長王正偉出席論壇并發表主題演講——《錳酸鋰技術新路線》。

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    以下為演講實錄:

    錳酸鋰這個體系實際上有很多年的應用了,因為它比較安全,成本比較低,性能比較好。傳統的錳酸鋰,主要問題還是循環壽命相對比較差。這幾年我們在錳酸鋰的上游材料做了一些工作,把錳酸鋰的循環壽命得到明顯改善。接下來給大家講講我這兩三年做的工作。

    錳酸鋰這個材料1981年就發現,該材料工作電壓高、安全性好、價格低廉、環境友好,成為鋰離子電池正極材料常用的商用化材料之一。早些年像日本的LEAF采用錳酸鋰體系,市場表現特別好,特別是在安全性這塊。星恒2003年成立,一直專注于錳酸鋰體系的電池制造。根植于電動輕型車、電動汽車等交通領域,輕型車電池銷售量超過1800多萬組。

    傳統的錳酸鋰靠摻雜,Mn位是陽離子摻雜,O位是陰離子摻雜,改善錳酸鋰的壽命。第二種方法是表面包覆。這些技術手段會大幅增加成本。未來電池的競爭是非常厲害的,性能是一個基本要求,市場對成本是非常敏感的。我們看傳統錳酸鋰,第一周的變化沒怎么開裂,第10周和第25周,發現傳統錳酸鋰顆粒表面出現裂紋。

    我們研發了一種新的方法,從礦做成硫酸猛, 硫酸錳生成四氧化三錳,采用一種尖晶石型的單晶顆粒,保留了伴生低價態元素。對于循環有好處的伴生元素,我們不除雜。對于單晶四氧化三錳和單晶錳酸鋰,不用摻雜,一次煅燒,制成尖晶石型的單晶錳酸鋰。傳統錳酸鋰因為自帶摻雜元素,顆粒表面比較小。我們兩三年的實踐結果證明,單晶錳酸鋰循環性能可以提升1倍以上,制作成本大幅下降。

    分析它的形貌,我們發現明顯是單晶的點征。我們看單晶錳酸鋰的表面狀況。第10周,表面非常完好。第25周,表面仍然沒有開裂的現象。我們做單晶錳酸鋰扣電,500周保持93.6%,循環壽命是非常好的。

    我們把它做成全電池進行表征,通過調整單晶錳酸鋰的配比,當單晶錳酸鋰占比80%,容量衰減到80%的時候可以做到2000次循環,如果75%左右的話,我們可以做到2500次,到70%結束的話,是超過3000次的循環。

    我們2019年和2020年,從小試到中試,我們發現循環壽命的一致性還是一樣的。后面我們又做二次壽命實驗,2500次的時候,我們把電池重新補充電解液,再做循環壽命。800多次的容量衰減2.6%,第二次循環壽命,容量衰減是非常小的。

    高溫循環方面,我們2019年做的實驗,高溫45度,容量到70%結束是達到1000次循環。傳統的錳酸鋰,如果是相同比例,高溫循環應該在500次左右,循環壽命提升1倍。

    我們還做了錳酸鋰、三元和負鋰材料配方。我們做了2100周換換,容量保持率還有81.7%,循環壽命是非常棒的。我們看這種配方的高溫循環,到70%結束的話,我們可以做1700次的循環。這種方案,高溫循環實際上超過很多磷酸鐵鋰的高循環,非常強勁的性能。

    我們跟日本某個公司的單晶錳酸鋰做了對比,前些年日本對于錳酸鋰的研究是非常深的。常溫循環方面,日本的錳酸鋰到80%結束可以做到2500次。我們看它高溫45度的循環,到75%結束大概在600次。純用單晶錳酸鋰,我看常溫循環和高溫循環都是超過日本錳酸鋰的。所以說,我們做單晶錳酸鋰的性能應該是非常好的。

    我們做一個展望,低成本的猛礦到四氧化三猛的前軀體工藝,低成本合成單晶錳酸鋰,循環性能可以提升1倍以上,在動力交通、儲能領域領域,我認為未來會成為一個絕佳的技術路線之一。

    最近這兩年我也在研究怎么把電池外形和技術路線打造成360度無死角的低成本技術方案,我們在進行一些探索。未來關于更低成本的電芯、更低成本的PACK、更好性能的表現,我認為今天我們的工作正在做,而且做的比較好。

    下一步,是進行這種材料的規?;七M,我認為錳酸鋰的材料體系要往單晶方向發展,能夠給終端消費者帶來更好的體驗,希望為動力電池的發展做一點貢獻。


    謝謝大家!


     
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