“我們剛在棗莊市與海特電子集團(tuán)簽署了合作協(xié)議，進(jìn)行微納米磷酸鐵鋰電池的實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)，用不了多久，我國的電動(dòng)自行車及電動(dòng)汽車就會(huì)用上我們自己生產(chǎn)的新型高效蓄電池。”日前，經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào)記者在山東省科學(xué)院能源研究所采訪時(shí)，該所副研究員蔡飛鵬博士語氣中難掩興奮和自豪。
據(jù)了解，國際上能夠生產(chǎn)綜合性能良好的磷酸鐵鋰產(chǎn)品的企業(yè)主要分布在美國和加拿大，但國外供應(yīng)商為追求更高的附加值不愿意向國內(nèi)市場(chǎng)單獨(dú)供應(yīng)磷酸鐵鋰材料。國內(nèi)現(xiàn)階段磷酸鐵鋰產(chǎn)品的綜合性能與國際水平仍有一段距離，阻礙了我國電動(dòng)汽車用動(dòng)力型磷酸鐵鋰電池的發(fā)展。而蔡飛鵬團(tuán)隊(duì)近日制備的微納米結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰正極材料，有望打破國外廠商在這一領(lǐng)域的壟斷地位。
“微米球”取長(zhǎng)補(bǔ)短
“微納米結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰正極材料集合了納米與微米材料之所長(zhǎng)，各項(xiàng)性能比普通產(chǎn)品有了大幅提高，目前正在專利申請(qǐng)。”在山東省科學(xué)院能源研究所一間忙碌的實(shí)驗(yàn)室里，蔡飛鵬一邊在真空“手套箱”內(nèi)組裝電池，一邊對(duì)導(dǎo)報(bào)記者介紹說，納米的長(zhǎng)度是10-9米，微米的長(zhǎng)度是10-6 米，后者“體形”比前者大得多，但各有長(zhǎng)短。比如，納米結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料電化學(xué)性能好，但密度較低、容量較小;微米結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料密度較高、易加工，但電化學(xué)性能不如前者。
那么，有沒有能將二者取長(zhǎng)補(bǔ)短的好辦法呢?經(jīng)過大量基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)研究，蔡飛鵬和山東省科學(xué)院能源研究所副研究員、博士楊改等組成的團(tuán)隊(duì)巧妙地通過噴霧等二次造粒工藝，將納米級(jí)磷酸鐵鋰正極材料做成了由數(shù)個(gè)微米組成的“微米球”。該材料既具有納米顆粒良好的快速充放電能力及低溫放電性能，又具有微米球形顆粒較高的振實(shí)密度，同時(shí)通過控制結(jié)晶工藝保證了材料批次的穩(wěn)定性。
片刻之后，蔡飛鵬手舉一個(gè)組裝完的紐扣電池說：“經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明，由于比一般納米結(jié)構(gòu)的磷酸鐵鋰正極材料密度高，用"微米球"做成的磷酸鐵鋰正極材料容量可以提高12%以上，壽命可延長(zhǎng)10%以上，成本則可以降低20%以上。”據(jù)測(cè)算，如果將微納米結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰正極材料進(jìn)行工業(yè)化大生產(chǎn)，其價(jià)格將只有8萬/噸至10萬元/噸，而目前市場(chǎng)上一般磷酸鐵鋰正極材料的價(jià)格是12萬元/噸，前景誘人。
據(jù)介紹，該發(fā)明項(xiàng)目自兩年前即開始著手，目前正處于中試(實(shí)驗(yàn)室)階段，工業(yè)化生產(chǎn)后可廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和電動(dòng)自行車，以及太陽能 、風(fēng)能等的蓄能和電網(wǎng)的削峰。許多企業(yè)看到其巨大的發(fā)展?jié)摿Γ娂娕c山東省科學(xué)院能源研究所商談合作事宜，前文提及的海特電子集團(tuán)就是其中之一。該集團(tuán)主打產(chǎn)品是高能環(huán)保的鋰離子電池，年產(chǎn)值超過10億元，借助與山東省科學(xué)院能源研究所的合作，無疑將大大推動(dòng)其“打造中國北方地區(qū)最大的綠色能源基地”的步伐。
“來得正是時(shí)候”
“目前，磷酸鐵鋰材料的專利大都被國外的大學(xué)和公司申請(qǐng)，國內(nèi)的材料以及電池的出口受到極大的限制，產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在很大隱患。但微納米結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰正極材料填補(bǔ)了市場(chǎng)空白，今后這一局面將大大改觀。”山東省科學(xué)院能源研究所副所長(zhǎng)許崇慶表示。
在他看來，在我國能源對(duì)外依存度超過50%并且日益增長(zhǎng)、必須發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)以保證人類永續(xù)生存和發(fā)展的大背景下，發(fā)展新能源汽車已成為我國的戰(zhàn)略決策，其中電動(dòng)汽車是重要的發(fā)展方向，而作為能源載體的動(dòng)力電池是電動(dòng)汽車的技術(shù)核心。作為新能源汽車對(duì)電池的基本要求主要有如下幾點(diǎn)：一是安全可靠，不會(huì)發(fā)生著火爆炸傷人的事故;二是有足夠的比能量以保證一次充電的續(xù)駛里程;三是有足夠高的大電流充放電能力，以節(jié)省為充電而停駛的時(shí)間并提供汽車爬坡、提速需要的瞬間負(fù)荷;四是具有可接受的使用壽命及適當(dāng)?shù)男詢r(jià)比。
如今，傳統(tǒng)的鉛酸電池和鎳氫電池很難滿足電動(dòng)汽車的要求，而以磷酸鐵鋰為正極材料的磷酸鐵鋰電池由于具有高容量、低價(jià)格、高安全性、長(zhǎng)壽命、無污染等突出優(yōu)勢(shì)，已成為美國、加拿大和中國動(dòng)力電池的主流研究方向，有望在電動(dòng)汽車領(lǐng)域得到大力發(fā)展。但由于國外企業(yè)技術(shù)封鎖，國內(nèi)現(xiàn)階段磷酸鐵鋰產(chǎn)品的綜合性能與國際水平仍有一段距離，阻礙了我國電動(dòng)汽車用動(dòng)力型磷酸鐵鋰電池的發(fā)展，其主要表現(xiàn)是容量低、充電時(shí)間長(zhǎng)、衰減嚴(yán)重、批次穩(wěn)定性較差。而微納米結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰正極材料正好彌補(bǔ)了這些不足，可謂“來得正是時(shí)候”。
據(jù)了解，我國對(duì)磷酸鐵鋰電池推廣的支持力度正在加大，在國家“十二五”“863”項(xiàng)目中，用于支持相關(guān)研究的基金超過1億元。目前，廣州、天津的電池業(yè)比較發(fā)達(dá)，山東也在急起直追，濟(jì)南、泰安皆傳出建設(shè)萬噸級(jí)磷酸鐵鋰材料基地的消息。許崇慶認(rèn)為，作為國內(nèi)首屈一指的汽車和電動(dòng)車大省，擁有強(qiáng)大技術(shù)支撐的山東省電池業(yè)，由此將進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段。
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