梁廣川-繼續提升磷酸鹽鋰離子電池比能量-技術路線與方向.pdf

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1、繼續提升磷酸鹽鋰離子電池比能量-技術路線與方向梁廣川河北工業大學/天津先眾新能源科技股份有限公司2023.05目錄0103磷 酸 錳 鐵 鋰 材 料 與 電 池02高 比 能 量 磷 酸 鐵 鋰 電 池 技 術 路 線磷 酸 鹽 正 極 鋰 電 池 發 展 潛 力content04磷 酸 鹽 鋰 離 子 電 池 發 展 方 向01PART ONE磷酸鹽正極鋰電池發展潛力環保：不含重金屬元素安全：是目前最安全的鋰離子電池體系長壽命：循環壽命可以到1萬次低價格：目前是綜合成本最低的鋰電池體系資源豐富資源豐富：可以大規模工業化應用，電動車，儲能等領域磷酸鐵鋰的優勢磷酸鐵鋰的優勢行業逐漸認識到磷酸鐵鋰

2、的價值和趨勢。LiFePO4是應用最為廣泛的鋰離子電池正極材料。繼續改進容量、壓實密度、電子導電率、離子導電率。將來目前歷史判斷：未來十年仍然是主流，目前規劃產能超過了1千萬噸2022年全球動力電池和儲能電池的總出貨量達812GWh，同比增長86%。2022年全國鋰離子電池產量達750GWh，同比增長超過130%，行業總產值突破1.2萬億元。正極材料、負極材料、隔膜、電解液等鋰電材料產量分別約為185萬噸、140萬噸、130億平方米、85萬噸，同比增長均達60%以上總體評價：目前產能過剩，但是距離我國的需求還遠遠不夠粗略估計對電池的保守需求 儲能電站：100Twh 電動汽車：650 Gwh 電

3、動自行車：150 Gwh 啟動電池：120 Gwh 電動船舶：60 Gwh 通訊基站：10 Gwh總需求量不低于100Twh我我國2022年可再生能源發電量8.4萬億度，風光占1萬億度。按配備10%儲能計，年需1千億度電力儲能，即100Twh電池需求。我國目前有3.5億電動兩輪車，每年產4000萬輛，按鋰電池每年1.5億組需求計算，每組1度電，年需求150Gwh。我國目前有3億汽車，2021年產2600萬輛，按鋰電啟動電池滲透率50%計算，年需求1.2億組，120Gwh。2022年產汽車2747萬輛，新能源汽車規劃50%為新能源車，每輛車50度電計算，年需求685Gwh。我國內河船舶12萬艘，

4、按電動船舶滲透率50%計算，年需求6萬組，以每組1000度電計算，約60Gwh。我國約有200萬基站，每座基站儲能電池50度電計算，年需求40萬組，約20Gwh。02PART TWO高比能量磷酸鐵鋰電池技術路線2021年，國軒高科宣布研制成功210wh/kg的磷酸鐵鋰電池（55Ah，830g）比亞迪：目前刀片電池單體比能量180wh/kg，系統140wh/kg提高磷酸鐵鋰電池比能量的技術路線提高磷酸鐵鋰電池比能量的技術路線高容量、高壓實正極材料：高容量、高壓實正極材料：磷酸鐵鋰改進：140mAh/g150mAh/g硅碳負極硅碳負極：負極容量從340mAh/g提高到450-500mAh/g高濃度

5、電解液體系高濃度電解液體系：新的體系或提高電解液中鋰鹽含量減低箔材厚度減低箔材厚度：銅箔從8降低到6um，再到4um，2um，鋁箔降到6-8um薄隔膜技術薄隔膜技術：繼續降低隔膜厚度改進封裝結構改進封裝結構：軟包或大型電池體系全極耳工藝全極耳工藝：減小內阻補鋰技術補鋰技術：負極補鋰，正極補鋰，電解液補鋰，外電極補鋰材料改進結構改進配合體系改進1、納米/調制結構2、摻雜/界面工程改性3、更高的壓實密度：2.8g/cm3？4、補鋰技術：彌補鋰損失5、新型的導電劑6、改性磷酸鐵鋰：提升電壓，包括磷酸錳鐵鋰，磷酸釩鋰磷酸鐵鋰材料高比能量化的技術方向磷酸鐵鋰材料高比能量化的技術方向目前的基礎上，將磷酸鐵

6、鋰的容量提升到160mAh/g，可以提升14.2%的比能量目前的基礎上，將負極的容量提升到500mAh/g，負極用量減少到原來的70%復合銅箔技術：可以將銅的用量減少到2um39.72%12.91%4.27%1.79%24.83%0.20%0.99%改進后的軟包鋰電池重量占比正極負極鋁箔銅箔電解液隔膜鋁塑膜以此計算，電池的比能量可以提升14%左右磷酸鐵鋰電池可達到240wh/kg，且成本會進一步降低磷酸錳鐵鋰可達到280wh/kg左右03PART TWO磷酸錳鐵鋰材料與電池不同錳鐵比例的材料放電圖不同倍率磷酸錳鐵鋰材料放電圖1、碳含量高、碳含量高2、壓實密度低、壓實密度低3、電壓平臺達不到理論

7、數值、電壓平臺達不到理論數值4、存在、存在Jahn-Teller效應及溶錳現象效應及溶錳現象5、循環壽命低、循環壽命低6、高溫自放電大、高溫自放電大7、加工困難、加工困難8、成本高、成本高9、需要配套的特殊電解液、需要配套的特殊電解液短板短板優點優點1、電壓平臺高、電壓平臺高2、容易標定、容易標定SOC值值3、材料生產設備與磷酸鐵鋰相同、材料生產設備與磷酸鐵鋰相同4、電池加工工藝與磷酸鐵鋰相同、電池加工工藝與磷酸鐵鋰相同5、比能量高、比能量高6、可以方便的調整電壓平臺值、可以方便的調整電壓平臺值7、安全性大幅度提升、安全性大幅度提升8、成本更低、成本更低9、具有資源優勢、具有資源優勢應用方向：

8、兩輪車，家用儲能、小動力 電動工具電動汽車用途用途04PART TWO磷酸鹽鋰離子電池發展方向1、高重量比能量、高重量比能量進一步突破比能量極限2、高體積比能量、高體積比能量3、低制造成本、低制造成本低成本磷酸鐵制造工藝低成本磷酸鐵制造工藝磷酸鐵鋰制造合成技術磷酸鐵鋰制造合成技術磷酸鐵鋰的批次穩定技術磷酸鐵鋰的批次穩定技術磷酸鐵鋰無粉碎技術磷酸鐵鋰無粉碎技術磷酸鐵鋰干法制膜技術磷酸鐵鋰干法制膜技術4、專業化，滿足不同需求、專業化，滿足不同需求超低溫超高壓實超長循環總總結結1、磷酸鐵鋰已經確定是未來發展的主流正極材料；2、從比能量的角度看，磷酸樣電池體系還有大幅度改進空間；3、車用、儲能、換電都對高比能量化提出了進一步的要求；4、技術路線需要進一步優化。謝謝聆聽