电池材料都有哪些?

汽车   2025-01-15 18:00   广东  

当地时间周二,欧盟委员会副主席马罗斯·塞福科维奇(Maros Sefcovic)表示,到2025年,欧盟就能够生产足够的电池,为其快速增长的电动汽车提供动力,从而不需要再依赖进口电池。

        作为其到2050年实现“气候中性”计划的一个组成部分,欧盟希望提高绿色产业的本地生产,其中包括制造低碳钢的氢燃料,以及新能源汽车的动力电池。

赛福科维奇在在线举行的“欧洲电池会议”上表示,“我相信,到2025年,欧盟将能够生产足够的电池,以满足欧洲汽车工业的需求,甚至还有出口能力。”

        截至目前为止,全球大约80%的锂离子电池生产在中国,但按照欧盟的计划,欧洲的锂离子电池产能将会迅速扩大。

        欧洲目前有15家大型电池工厂正在建设中,其中包括瑞典公司Northvolt在瑞典和德国的工厂、中国电池制造商宁德时代在德国的工厂,以及韩国公司SK Innovation在匈牙利的第二家工厂。

        塞福科维奇表示,到2025年,计划中的欧洲电池工厂将可以生产足够的电池,能够为至少600万辆电动汽车提供所用电池。

        根据环保组织Transport & Environment最新研究显示,尽管新冠病毒疫情大流行已经导致整个汽车销量大幅度下滑,但预计欧洲今年纯电动汽车和插电式混合动力混合动力汽车的总销量将增长一倍,达到100万辆。

        欧盟委员会预计,到2025年在欧洲的道路上将会有1300万辆低排放汽车在奔跑,因此这还需要给予进一步的投资。

        瑞典电池制造商Northvolt公共关系副总裁杰斯珀·维加德(Jesper Wigardt)表示,“在建立完整的欧洲供应链和劳动力市场方面,我们需要进行大量投资,以支持电池工厂。”

        塞福科维奇称,欧盟的7500亿欧元(约合8900亿美元)新冠病毒疫情恢复基金,是推进电池生产项目的“现成工具”。



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01

正极材料

锂钴氧化物(LiCoO₂)

特点:具有较高的能量密度,能够使电池存储较多的电量。同时,它的放电平台比较平稳,电压输出相对稳定,这使得用它作为正极材料的电池在使用过程中,能够为设备提供较为稳定的电力供应。例如在早期的智能手机等 3C 电子产品中应用广泛。

应用场景:主要用于小型电子设备如手机、笔记本电脑等的锂离子电池。不过,由于钴资源稀缺且价格波动较大,并且存在一定的环境和安全隐患,其在大型电池领域(如电动汽车)的应用受到一定限制。

锂镍锰钴氧化物(NMC,LiNiₓMnₓCo₁ - ₂ₓO₂)

特点:通过调整镍(Ni)、锰(Mn)、钴(Co)三种元素的比例,可以在一定程度上平衡电池的能量密度、循环寿命和安全性等性能。例如,较高的镍含量可以提高能量密度,而锰的加入有助于提高电池的安全性和稳定性。

应用场景:广泛应用于电动汽车和储能系统。如特斯拉 Model 3 等部分车型就采用了 NMC 电池,这种电池能够满足电动汽车长续航里程的需求,同时也在一定程度上保证了电池的安全性和使用寿命。

磷酸铁锂(LiFePO₄)

特点:热稳定性好,在高温环境下相对安全,不易发生热失控等危险情况。循环寿命长,经过多次充放电后,电池的容量衰减相对较慢。不过,其能量密度相对较低,这意味着在相同体积或重量下,存储的电量可能不如其他一些正极材料多。

应用场景:由于安全性高和循环寿命长的优势,在电动客车、储能电站等对安全性和使用寿命要求较高的领域应用广泛。比如比亚迪的部分电动客车就采用磷酸铁锂电池,为城市公共交通提供了安全可靠的能源解决方案。

锰酸锂(LiMn₂O₄)

特点:成本较低,资源丰富,制备工艺相对简单,这使得电池的制造成本能够得到有效控制。具有较高的倍率性能,能够在短时间内实现较大电流的充放电,适合用于一些需要快速充电或高功率输出的场景。但它的循环寿命和高温性能相对较差。

应用场景:常用于电动工具、轻型电动车等对成本比较敏感,且对电池倍率性能有一定要求的设备中。

02

负极材料

石墨类

特点:包括天然石墨和人造石墨。它们具有良好的导电性和层状结构,能够为锂离子提供较好的嵌入和脱出通道,使得电池的充放电过程能够较为顺利地进行。而且,石墨材料的化学稳定性较好,在电池的工作环境下能够保持相对稳定的性能。

应用场景:是目前应用最广泛的负极材料,在各种锂离子电池中都有大量使用,从手机电池到电动汽车电池都有它的身影。

硅基材料

特点:硅具有极高的理论比容量,相比石墨材料能够存储更多的锂离子,这意味着可以显著提高电池的能量密度。然而,硅在充放电过程中会发生较大的体积变化,这容易导致电极材料的粉化和脱落,从而影响电池的循环寿命和性能稳定性。

应用场景:随着技术的不断改进,硅基材料在高性能锂离子电池中的应用逐渐受到关注。一些研究机构和企业正在努力研发硅 - 碳复合负极材料,用于下一代高能量密度的电池,有望在未来的电动汽车和高端电子设备电池中得到广泛应用。

钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)

特点:零应变材料,在锂离子嵌入和脱出过程中,电极材料的体积几乎没有变化,这使得电池具有非常好的循环寿命,能够承受多次充放电。同时,它还具有较高的安全性和良好的倍率性能,能够快速充放电。不过,其能量密度相对较低。

应用场景:主要应用于对电池寿命和安全性要求极高的场合,如储能系统和部分特殊用途的电动汽车。

03

电解液

有机碳酸酯类

特点:常用的有机碳酸酯包括碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)等。它们具有良好的溶解性,能够使锂盐在其中充分溶解,从而保证电解液具有良好的离子导电性。同时,它们的电化学稳定性也较好,在电池的工作电压范围内能够保持稳定,不会发生分解等反应影响电池性能。

应用场景:是锂离子电池电解液的主要成分,广泛应用于各种类型的锂离子电池。

锂盐

特点:如六氟磷酸锂(LiPF₆)是目前最常用的锂盐。它能够在电解液中提供锂离子,并且在合适的有机溶剂中具有良好的离子导电性。不过,它对水分比较敏感,遇水容易分解,所以在电池生产和使用过程中需要严格控制水分含量。

应用场景:作为电解液中的关键成分,用于各种锂离子电池的电解液配制,是保证电池正常工作的重要组成部分。

04

隔膜材料

聚烯烃类(如聚乙烯 PE、聚丙烯 PP)

特点:具有良好的机械性能,能够承受电池内部的压力,防止正负极直接接触导致短路。同时,它们对电解液有良好的润湿性,能够保证电解液在隔膜中的良好渗透,从而为锂离子的传输提供通道。而且,这类材料化学稳定性好,不易与电池中的其他材料发生化学反应。

应用场景:是目前锂离子电池隔膜的主要材料,广泛应用于各种锂离子电池产品中,对电池的安全和性能起着至关重要的作用。




END

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