法国初创公司 HIPERSSYS 研发硫 - 硅锂离子电池理论

  目前,跟着新能源汽车和智能电网等范畴的疾速起色,对付电池机能的央浼越来越高。锂离子电池因其正在能量密度、寿命和重量等方面的上风,主导了这日的电池商场。过去十年中,锂电池能量密度从 2011 年的 80Wh/kg 晋升到了 2020 年的 270Wh/kg,增进近 3 倍。但其已到达贸易可完毕能量密度极限的 87%,晋升糟粕的 13% 将非凡迂缓且腾贵。

  法国电池首创项目 HIPERSSYS 建设于 2020 年,专心于研发以硫为正极、硅为负极的锂离子电池。HIPERSSYS 显示其锂离子电池表面能量密度可到达 1950Wh/kg,约为贸易锂离子电池(100-450Wh/kg)的五倍,现已竣事纽扣电池原型。

  锂离子电池常用的正极资料有锰酸锂,钴酸锂,磷酸铁锂以及三元资料等,HIPERSSYS 研发的锂电池采用硫磺为正极的活性资料。单质硫正在地球上储量富厚,石油冶炼的副产品便可供给足够的硫磺,因而硫磺价值仅 1000 元 / 吨,与碳酸锂(16 万元 / 吨)相差 160 倍。硫极易升华,简便加热便可从正极中将其接收,本钱低且环保;而以其他以名贵金属为正极的锂离子电池接收工艺纷乱,无论是高温煅烧照样湿法酸洗,都存正在能耗高、难度大和二次污染题目。锂电池本钱已从 2011 年的 3800 元 /KWh 低浸到 2020 年的 578 元 /KWh(该价值为国内商场价值。受访人显示,目前锂电池正在欧洲商场的本钱约 200 欧 /KWh),占新能源汽车整车本钱的 30%。行使硫磺代庖名贵金属行动正极可进一步低浸电池本钱。

  常用的负极资料为石墨等碳资料,但因其表面容量偏低(约 372mAh/g),现已进入瓶颈期。HIPERSSYS 采用硅行动负极中的活性资料。硅具有非凡高的表面容量(4200mAh/g,是守旧石墨资料的 10 倍多)。硅基负极的管事电位比锂的还原电位高少许,裁汰了疾速充电时锂正在电极轮廓浸积的危机,从而有帮于升高电池的安闲性。

  硅活性资料的行使始于 2000 年,2014 年初步完毕资产化。国际上,松下 2017 年初步为特斯拉 Model 3 供应硅碳负极电池,能量密度达 300Wh/kg;日本 GS 汤浅将硅基负极电池提供三菱汽车;三星、LG 化学将硅基负极行使于消费电池范畴。国内,宁德时间于 2016 年初步以高镍资料为正极、硅碳复合物为负极的动力电池研发项目;力神电池于 2018 年开拓出高镍系正极和硅碳负极资料,电芯单体比能量密度达 303Wh/Kg;国轩高科研发的高镍三元电芯,硅碳资料负极,能量密度达 300Wh/kg;其余,比亚迪、比克动力、微宏动力、蔚来、智己汽车、广汽集团等电池、电动车企业,以及杉杉股份、中科电气、贝特瑞、江西紫宸、深圳斯诺、江西正拓、创亚动力、大连丽昌、硅宝科技等资料企业,都正在硅基负极资料范畴参加和投产。2021-2026 年我国硅碳负极资料排泄率年均增进率约 3%-5%,估计 2026 年到达 23%。 2026 年我国硅碳负极资料商场需求将到达 50 万吨。香港马会

  导电剂行动锂离子电池的紧要构成个人,直接影响电池的内阻、倍率机能、热不乱性、能量密度、轮回行使寿命等机能。依据接触的导电方式,导电剂能够分为点接触导电搜集、线接触导电搜集和面接触导电搜集,席卷了 SP 炭黑、导电石墨、 VGCF、碳纳米管和石墨烯。守旧导电剂席卷点接触的炭黑和导电石墨,合连工夫较为完美,价值低廉,已被遍及行使于商场。新型导电剂席卷线接触的 VGCF 和碳纳米管,以及面接触的石墨烯,导电机能更好,增加量更低(守旧导电剂正在正极资料中增加量约为 3%,而新型导电剂约为 0.5%-1.0%),活性物质含量更高。

  HIPERSSYS 行使笔直罗列的碳纳米管为架构来浸积电极中的活性物质。笔直罗列的碳纳米管确保了与基片更好的接触和粘附,从而弥补了离子扩散率,并革新了电子传输特征,从而使充放电速度取得革新。其余,笔直罗列的碳纳米管和基片之间的精密接触供给了一个低电阻通道,使一切电极有用相连。笔直罗列的碳纳米管表拥有大轮廓积的多孔组织,会大大鼓吹化学传输和界面响应。笔直罗列的碳纳米管的这些特征(法则的孔隙组织、高轮廓积和优异的导电性)使它们成为电极或电流采集器的候选资料,升高锂离子电池的机能。

  正在改日五年,环球碳纳米管导电剂需求量年复合增进率将维持正在 40.8%,2022 年需求量将达 12.5 万吨,2023 年需求量将达 19.3 万吨。2014 年此后,跟着国内新能源汽车商场需求的增进,导电剂行业火速起色。守旧导电剂 2014 年的商场占领率为 85.5%,且紧要依赖进口,国产化率只要 12.9%。新型导电剂国内工夫当先,跟着新型导电剂的排泄,导电剂的国产化率也火速晋升。2014 年碳纳米管的排泄率由 2014 年的 13.6% 增至 2020 年的 46.1%。2022 年国内碳纳米管导电剂商场将到达 45 亿元。

  现阶段,HIPERSSYS 已竣事纽扣电池原型(CR2032),目前正正在创设和测试其他电池类型,如容量更大的软包电池,并将正在几年内进入无人机商场。目前欧洲无人机电池商场范围约 8 亿欧元,2040 年将到达 70 亿欧元。