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无钴可充电电池竞赛

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无钴可充电电池竞赛

发布日期:2019-07-04 作者: 点击:


富士通开发出一种新型高压无钴正极材料,用于磷酸铁锂可充电电池。

钴材料通常用于制造可充电电池,用于各种消费电子设备,固定储能单元,电动车辆等。电池的正极材料含有稀有金属钴,例如钴酸锂形式(根据市场与市场的一份新市场研究报告,锂离子电池市场预计到2022年的价值将达到690亿美元,2016年至2022年的复合年增长率为16.6%。

预计对这种矿物材料的需求量很大;然而,人们担心供应不足和钴成本上升。使用钴的公司几乎没有供应商选择,因为世界上60%的钴在一个地方开采:刚果民主共和国(DRC)。值得注意的是,世界上97%的钴供应来自镍或铜的副产品。此外,国际特赦组织的钴矿开采条件报告显示,像苹果公司这样的最终用户因为工作条件恶劣而暂停向刚果民主共和国的一些供应商采购行动的压力。

基于对供应不足和钴成本上升的担忧,富士通实验室一直在开发使用地球上丰富的铁作为替代钴的组成元素的材料。他们成功开发出磷酸铁锂可充电电池的正极材料,能够实现过去只能通过钴基材料实现的高电压。更具体地说,富士通实验室已成功合成了焦磷酸铁锂(Li5.33Fe5.33P2O74;这种磷酸盐基材料的电压为3.8 V,与现有的钴基材料相当。

以前,使用铁基材料的锂离子电池存在问题,因为它们无法达到使用钴基材料的能量密度。因此,电压为2.8 V3.5 V的铁基材料无法与电压范围为3.75 V4.1 V的钴基材料竞争。众所周知,阴极材料的电压可能会根据原子的排列而发生变化。晶体结构,在高压新型铁基材料的开发中产生了问题。

富士通创造了先进的新晶体结构设计,可以长时间保持高电压状态。阴极材料的电压受到晶体中铁和氧等元素配位的显着影响。通过分析材料的晶体结构与其电化学特性之间的相互关系,发现氧原子在铁原子周围的扭曲排列是高电压的关键因素之一。

富士通实验室创建了一个硬币形原型电池,并根据其电化学性能评估结果证实,它可以达到3.8 V的电压,与现有的钴基材料相当。

该原型硬币形电池的充电容量为105mAh / g

新开发的阴极材料在能量密度方面尚未达到与现有钴基材料相同的电压,但富士通实验室将努力设计一种晶体结构,可以保持与钴基材料相当的电压更长时间。该电极还可用作安全的固态可充电电池中的低成本阴极材料。

如果开发的阴极材料具有与钴基材料相同的能量密度,则这将通过用丰富的铁代替稀有金属钴来实现阴极材料的稳定生产。此外,预计这将有助于锂离子电池的稳定生产。未来,我们将看到更多像富士通实验室这样的公司,通过开发更安全,更便宜和环保的新一代高能量密度可充电电池,为更加可持续和舒适的社会做出贡献。

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