TUM采用微波合成技術(shù) 生產(chǎn)電動(dòng)車電池陰極材料

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(lái)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(duì)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(wú)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(guò)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(huì)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(guó)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-Mei?ner-Institut(WMI)共同開展該項(xiàng)研究合作。