鉅大鋰電 | 點(diǎn)擊量:0次 | 2018年12月13日
分析鈷酸鋰電池的優(yōu)勢與缺點(diǎn)
歷史的車輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。
鈷酸鋰電池雖然有著諸多優(yōu)勢,但隨著大規(guī)模的應(yīng)用,其缺點(diǎn)也開始暴露出來:首先就是成本高,因?yàn)殁挳吘故且环N價(jià)格昂貴的小金屬;其次是抗過充和循環(huán)性能差;最后就是廢棄污染嚴(yán)重。
所以在發(fā)明了鈷酸鋰之后,為了找到一種比鈷便宜的替代金屬,同時(shí)尋找一個(gè)更利于鋰離子高效運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。古迪納夫和他的學(xué)生邁克·薩克雷(MikeThackeray)緊接著又開始了對一種比鈷酸鋰更好的正極材料的尋找。
鈷酸鋰正極材料中的原子是凸一層層堆疊起來的片層架構(gòu),充放電過程中鋰離子只是在這些片層之間來回脫嵌。古迪納夫想到了尖晶石(又一個(gè)正確的方向),他認(rèn)為尖晶石結(jié)構(gòu)的原子排列的方式允許鋰離子可以在三維空間中進(jìn)行擴(kuò)散,也就是尖晶石允許鋰離子通過多個(gè)通道中往返,從而大幅度提高鋰電池的充放電倍率。
1982年,薩克雷發(fā)明了一種開創(chuàng)性的錳基尖晶石,即之后被日系車企大批量應(yīng)用到電動(dòng)汽車之上的錳酸鋰電池。此后,薩克雷跳到美國的阿貢國家實(shí)驗(yàn)室(ArgonneNationalLaboratory,ANL)任職,專注于鋰電池的研發(fā)。而ANL在此后的專利大戰(zhàn)中,還有更重要的戲份。
1986年,在從牛津大學(xué)回到美國,擔(dān)任德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的科克雷爾工程學(xué)院機(jī)械工程和電氣工程系的教授之后,古迪納夫開始了下一個(gè)探索之旅,同時(shí)也將深陷有史以來最大的專利大戰(zhàn)之中。
1993年,當(dāng)古迪納夫和他的團(tuán)隊(duì)正在專心致志地徜徉在材料化學(xué)的奇幻海洋中時(shí),他的實(shí)驗(yàn)室來了一位叫岡田重人的訪問學(xué)者(沒錯(cuò),日本人),岡田在此之前是日本國內(nèi)的電話巨頭日本電報(bào)電話公共公司(NTT)的移動(dòng)通信工程總監(jiān)。
古迪納夫沒有多想,就讓岡田留了下來,因?yàn)檫@本來就是學(xué)術(shù)界很正常的交流活動(dòng),更何況NTT還給實(shí)驗(yàn)室提供了一批實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。
但是很快,古迪納夫就會(huì)認(rèn)識(shí)到天下沒有白來的午餐,七十多歲的古迪納夫非常痛苦的認(rèn)識(shí)到,雖已過古稀之年,但自己仍舊是tooyoung,toosimple。
古迪納夫和他的團(tuán)隊(duì)繼續(xù)尋找這可以代替鈷酸鋰的更優(yōu)秀的正極材料物質(zhì),他們開始系統(tǒng)地調(diào)換周期表里的各種金屬元素,最終將名單縮小到最后的一個(gè)目標(biāo)——鐵和磷的組合。
最終,鐵和磷沒有形成古迪納夫想要的尖晶石構(gòu)型,但是卻無心插柳地組成了另外一種晶體結(jié)構(gòu)——橄欖石。即鈷酸鋰、錳酸鋰之后,鋰離子電池的第三種正極材料就此誕生:磷酸鐵鋰。
是的你沒看錯(cuò),這三種最重要的鋰離子電池正極,全部誕生自古迪納夫的實(shí)驗(yàn)室,而這里也成了世界鋰電池的搖籃。
這次,古迪納夫就算是再遲鈍,也很快認(rèn)識(shí)到了這項(xiàng)發(fā)明的重要性,他認(rèn)為這個(gè)研究成果絕對會(huì)震驚世界。但萬萬沒想到的是,在古迪納夫帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在研發(fā)的第一線奮戰(zhàn)的時(shí)候,他們的研究成果被源源不斷地通過岡田傳回了日本。
岡田的雇主NTT公司,在當(dāng)年(1995年)11月就悄無聲息地申請了專利,也許是做賊心虛以及不想在美國引起麻煩,NTT申請的只是日本的專利。
但這依然讓古迪納夫感受到震驚和憤怒,直到第二年聽到消息之后他才反應(yīng)過來,所謂的訪問學(xué)者原來就是日本公司派來竊取研究情報(bào)的間諜。
磷酸鐵鋰電池具備的成本低、充放電效能高、使用壽命長、熱穩(wěn)定性高等優(yōu)勢,使這種正極材料擁有著巨大的市場潛力。
1996年,德州大學(xué)代表古迪納夫的實(shí)驗(yàn)室向美國申請了專利,并在1997年10月被批準(zhǔn),這項(xiàng)編號(hào)為WO1997040541的專利是磷酸鐵鋰電池的第一個(gè)基礎(chǔ)專利。
很快,另一位世界級的鋰電科學(xué)家米歇爾·阿爾芒(MichelArmand)也加入了近來,這位法國人被公認(rèn)為世界鋰電池產(chǎn)業(yè)的奠基人之一。這位大佬在1980年提出“搖椅式電池”概念(鋰離子電池的基本運(yùn)行理念),索尼正是基于這個(gè)概念,于1990年成功完成了世界第一歌鋰離子電池的商業(yè)化。
阿爾芒提出了用1%的碳對磷酸鐵鋰進(jìn)行包覆,從而有效解決了磷酸鐵鋰材料導(dǎo)電性能差,不適宜大電流重放電的問題。經(jīng)過包碳之后,磷酸鐵鋰電池可以在80℃和1C倍率的條件下,達(dá)到160mAh/g的容量,并且具有較好的導(dǎo)電性能。
解決了這個(gè)問題之后,阿爾芒和古迪納夫共同申請了磷酸鐵鋰包碳技術(shù)的專利,這就是第二個(gè)磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利,這項(xiàng)專利讓磷酸鐵鋰電池從實(shí)驗(yàn)室走向市場變成了可能。
這兩項(xiàng)專利,是磷酸鐵鋰技術(shù)路線無論如何都無法繞行的兩大核心技術(shù)專利。
這期間,阿爾芒正好在加拿大蒙特利爾大學(xué)擔(dān)任化學(xué)系的教授,所以就在當(dāng)?shù)貏?chuàng)建了由加拿大國家公共事業(yè)魁北克水力公司(Hydro-Quebec,H-Q)投資的的PhostechLithium公司。
由此,H-Q和Phostech成為獲得這兩項(xiàng)磷酸鐵鋰的基礎(chǔ)專利獨(dú)家授權(quán)的單位。
但是,由于太多說不清道不明的原因,古迪納夫老爺子的核心技術(shù)早已通過各種各樣的渠道,散布到全世界各地去了。
上一篇:預(yù)防蓄電池減壽的方法