TUM采用微波合成技術(shù) 生產(chǎn)電動(dòng)車電池陰極材料
時(shí)間:2017-10-24 11:49來源:蓋世汽車 作者:李文龍
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據(jù)外媒報(bào)道，慕尼黑工業(yè)大學(xué)（Technical University of Munich，TUM）研發(fā)了一項(xiàng)新工藝，用于生產(chǎn)高壓陰極材料磷酸鈷鋰（lithium cobalt phosphate），使其生產(chǎn)更為快捷、方便，且價(jià)格便宜、品質(zhì)最優(yōu)，進(jìn)一步提升了電動(dòng)車車載電池的性能。
電池研究人員認(rèn)為，磷酸鈷鋰被認(rèn)為是未來的電池材料，其操作電壓比當(dāng)前采用的磷酸鋰鐵（lithium-iron phosphate）要高，其能量密度也較高，達(dá)到800瓦時(shí)/千克。相較于早前普遍達(dá)到的600瓦時(shí)/千克，該材料的能量密度取得了大幅提升。
然而，截止至目前，這款頗具前景的陰極材料產(chǎn)量很少，屬于能源密集型產(chǎn)品，其生產(chǎn)效能并不高：必須要達(dá)到900℃的極高溫度。此外，在這高溫條件下，其結(jié)晶尺寸也各有不同。在第二步生產(chǎn)操作中，還需將其磨成納米晶體粉末（nanocrystalline powder），盡管該流程非常耗能，但其生產(chǎn)也并全是缺點(diǎn)：其顆粒離子導(dǎo)電性（sufficient ionic conductivity）強(qiáng)，導(dǎo)電方向相同，電池電極材料與電解質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)相對較緩。
TUM研究員Jennifer Ludwig博士研發(fā)了微波合成法（microwave synthesis），可一舉解決上述所有問題：只需使用一個(gè)小型微波爐，再耗費(fèi)0.5小時(shí)，就能生產(chǎn)出高純度的磷酸鈷鋰。首先，將溶劑放入聚四氟乙烯（Teflon）容器內(nèi)，加入試劑后用微波爐加熱。微波爐的功率無需太高，只要600瓦就夠用了，所需的反應(yīng)溫度在250℃，在該條件下可觸發(fā)結(jié)晶反應(yīng)。
在這項(xiàng)試驗(yàn)中，她還解決另一項(xiàng)難題：當(dāng)反應(yīng)溫度超過200℃且處于高壓狀態(tài)下，通常難以獲得理想的磷酸鈷鋰，有時(shí)會生成不明的復(fù)合型氫氧化鈷磷酸氫鹽（cobalt hydroxide hydrogen phosphate）。Jennifer Ludwig闡明了反應(yīng)機(jī)理，分離出化合物，并確定其結(jié)構(gòu)及特性。由于新的化合物不適合作為電池材料，她修改了該反應(yīng)條件，從而只生成其所需的磷酸鈷鋰。
Jennifer Ludwig的研究工作獲得了寶馬的支持，她與勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory，LBNL）、斯坦福同步加速器輻射光源（Stanford Synchrotron Radiation Lightsource，SSRL）及Walther-Meißner-Institut（WMI）共同開展該項(xiàng)研究合作。
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