钜大LARGE | 点击量：919次 | 2020年08月01日
这项大获突破的电池技术成色几何？
7月2日一项新的电池制备技术通过了中国高科技产业化研究会和中国机械工业联合会组织的科技成果评价和产品鉴定。在容量方面与常用的车用电池相比，单位重量下磷酸钒锂电池的容量要高26%左右，未来将有希望提高到40%至60%左右，而另有消息称这一电池预计今年年底前在黑龙江省正式投产。
这项名为“方形软包装5Ah磷酸钒锂/石墨锂离子电池”的新技术是由天津大学、哈尔滨远方新能源汽车动力电池有限公司和黑龙江远方新能源科技开发有限公司共同完成的。
专家认为，这项技术在电池低温性能等方面达到了国内领先和国际先进水平，将大大提高新能源纯电动汽车的续航里程、低温行驶、安全性等方面的技术水平。
天津大学教授唐致远表示，与常规使用电池相比，以磷酸钒锂为正极材料的锂离子电池有着容量高、安全性好、使用寿命长以及低温性能优异等特点。
目前，在市场中使用较多的就是正极材料为钴酸锂、锰酸锂、三元材料和磷酸铁锂的电池。这些电池虽各有优势，但却有一个共同的缺点：安全性差。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
电动汽车电池爆炸或燃烧的现象时有发生，而锂离子电池要想在电动汽车领域得到广泛应用，安全性是必须首先解决的问题。
值得关注的是，该产品已经过了针刺实验。
天津大学教授唐致远介绍说，针刺实验是用大型的钢针在电池工作状态时直接刺入电池，人为造成瞬间短路，其模拟的就是新能源汽车在极端状态下突然收到强烈撞击，电池收到严重损坏时的状态，属于最极端的电池损坏状态。在这种状态下，目前在用的很多电池会因为急速产生的热能而发生燃烧或者爆炸，但磷酸钒锂电池只是电解液受热后汽化放出轻微白烟而已，不会有安全问题。
另外，磷酸钒锂电池还有一个突出特点，就是低温性能非常优秀。根据国家标准，在零下20度的环境条件下，能放出70%的电，即为合格电池。
磷酸钒锂电池的检测结果显示，在零下30度的环境条件下，能够放高达81%的荷电量，是目前同类产品中低温性能最好的一款锂离子电池。
而据介绍，该款电池在高温情况下放电性能也显示良好，其检测结果显示在55度的环境条件下，能放出93%的荷电量。
这将大大降低由于温度环境的改变而给电动车带来的续航里程等方面的影响。
专家委员会认为，该技术成果显著提高了电池的热稳定性、安全性和循环寿命，特别是在改善电池的低温放电性能上取得了突出进展，达到了国内领先和国际先进水平。
这种新能源电池可广泛应用于电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、航天特种和生产等，特别适合中国北方寒冷地区的使用。
目前我国新能源汽车采用的电池成分不一，而近日一度传出“暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录”无疑引发了新能源制造商和动力电池制造企业的行业“巨震”。
有评论指目前包括北汽、江淮、吉利、南京金龙等大部分国内自主品牌都已经推出采用三元锂电池的新能源车型。有行业研究机构预测，到2017年，三元锂电池市场占比将达到50%。一旦“暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录”真正执行，刚刚度过的动力电池紧缺荒将再度来袭。
而新能源汽车的大跃进式发展，无疑又推动了电池行业的噪动。
本月8日，国内最早进入石墨烯领域的上市公司之一东旭光电推出了世界首款石墨烯基锂离子电池产品——“烯王”。其在满足5C条件下，可实现15分钟内快速充放电，是普通充电产品的1/24，而且能在-30~80℃环境下工作，循环寿命更高达3500次左右。
东旭集团有限公司董事长、东旭光电董事长李兆廷当时表示：“‘烯王’的问世标志着东旭光电的石墨烯产业正式从实验室迈入了产业化阶段。”
随后东旭光电与泰州市新能源产业园区管委会签署了投资额达5亿元的“烯王”产线落地协议，有消息称东旭光电与美国凯途能源公司等下游应用端厂商也签署了研发及产业化合特种略协议。
新能源车在世界范围内正兴起一股代替传统燃油车的转型浪潮，而众多冒险者一直希望电池行业能够复制当年IT行业的摩尔定律，不过在漫长的研发路上，电池行业不可能实证芯片曾经创造的传奇，电池的电容量以每年5%的速度增长已是技术的极限。
在层出不穷的技术突破背后有着政府资金扶持的蛋糕诱惑，在我们看到这些振奋人心的消息时，自然希望这些实验室的产品尽快商业化接受市场的检验。
最后我们从化学的角度来分析一下磷酸钒锂电池的秘密
磷酸钒锂的结构
在人们研究磷酸钒锂的结构时发现，磷酸钒锂具有单斜和菱方两种晶型。由于单斜结构的磷酸钒锂具有更好的锂离子脱嵌性能，因此人们研究较多的是单斜结构的磷酸钒锂。单斜的磷酸钒锂拥有三维骨架结构，锂离子存在于三维网状结构的空穴处，每个晶胞由4个(VO6)2(PO4)3单元构成，这其中的每个单元包含了3个Li+离子晶体，以及每个晶胞里面的12个锂离子。
由于VO6八面体被聚阴离子基团PO4分隔开来，导致单斜结构的磷酸钒锂材料的电子电导率只有10-7S/cm数量级，远低于金属氧化物正极材料钴酸锂的10-3S/cm和锰酸锂的10-5S/cm。不难看出由于它内部特殊晶体结构的存在，使得磷酸钒锂电池在高低温下都很好的放电性能。
磷酸钒锂的合成
单斜结构的磷酸钒锂材正极材料的主要合成方法有：高温固相合成法、碳热还原法和熔胶凝胶法等。磷酸钒锂材料的高温固相合成方法是用纯氢气或以氢与氩混合气作为还原剂，在850℃左右高温下把含五价钒的V2O5还原成含三价钒，生成磷酸钒锂。并且与软化学方法相比，高温固相法更易实现工业化。
最后，我们来进行一下新能源车常用电池的对比。
铅酸电池
铅酸电池作为比较成熟的技术，因其成本较低，而且能够高倍率放电，依然是唯一可供大批量生产的电动车用电池。但是铅酸电池的比能量、比功率和能量密度都很低，以此为动力源的电动车不可能拥有良好的车速及续航里程。由于技术的不断革新，该电池目前已经被新一代电动汽车所淘汰，而被更多地应用到廉价的电动自行车上。
镍镉电池和镍氢电池
镍氢动力电池刚刚进入成熟期，是目前混合动力汽车所用电池体系中唯一被实际验证并被商业化、规模化的电池体系。虽然性能好于铅酸电池，但含有重金属，使用遗弃后对环境会造成污染。该电池应用在第4代普锐斯车型上面，锂电池组版本仅有56Cells，而镍氢电池组则有168个Cells，这也是丰田表示其成本相去甚远的原因。
磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池也是一种锂电池，其能量不到钴酸锂电池的一半，但是其安全性高，循环次数能达到2000次，放电稳定，价格便宜，成为车用动力新的选择。该电池大多数运用在国产汽车上，像我们熟知的品牌比亚迪和北汽绅宝都使用的是磷酸铁锂电池。
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