黄云辉：磷酸铁锂能量密度提升尚有很大空间 2元时代将到来

10月11日，华中科技大学材料科学与工程学院院长黄运辉表示，通过纳米技术和富锂技术，磷酸铁锂电池的实际能量密度将大大提高，2元/瓦时以下的磷酸铁锂成本没有问题。

黄运辉在本次论坛的主题演讲中表示，目前磷酸铁锂电池系统约为100Wh/kg。现在有必要开发新一代产品，达到250和260Wh/kg左右，下一步其能量密度将超过300Wh/kg。要实现这种高比能磷酸铁锂电池，一方面要考虑材料本身，另一方面也要综合考虑电池的制备技术。

华中科技大学材料与工程学院院长黄运辉

磷酸亚铁锂在提高能量密度方面还有很大的空间。

目前，从正极和负极方面来看，国内外制造商主要使用磷酸亚铁锂的正极材料体系，而欧美动力电池市场基本上更多使用磷酸亚铁锂电，而日本和韩国主要使用三元体系。可以说，磷酸亚铁锂系统的动力电池仍然是最成熟、最安全的锂离子动力电池。

尽管磷酸亚铁锂是磷酸盐体系中能量密度最低的一种。然而，如果在阴极系统中，整个阴极的核心材料含量可以提高到30%以上，其实际能量密度将大大提高。例如，如果将富锂系统制成电池，单个电池的能量密度可以达到300Wh/kg以上，甚至超过目前三元系统实现的能量密度。

在提高阴极材料比能的同时，提高阴极材料的比能也是一个重大的技术突破方向。在目前的磷酸铁锂电池中，如果阳极材料仍然是370石墨，那么很难实现高比能。所以现在，硅基材料，包括高比能的硒基材料，在工业上很有价值。

因此，在目前的系统下，如果磷酸亚铁锂能够完全做到，能量密度可以达到120Wh/kg左右，这对电动汽车来说应该没有问题。

阳极材料的技术突破

在提高磷酸铁锂电池能量密度的工作中，负极材料的改进也是一个关键环节。目前，除了石墨之外，其他材料，包括硅和各种氧化物添加剂，可能会添加到传统的石墨中，这是目前可行的方法，现在许多公司都采用了这种方法。黄运辉表示，将这些材料作为添加剂添加到负极中是完全可行的，但添加量不宜过多。

黄运辉透露，目前，我国刚刚启动863重点能源和汽车用纳米功能材料制备与应用重大项目。本项目主要生产高比能电池材料。我们提出单极电池的能量密度可以达到260Wh/kg以上。其中，正极材料采用富锂层状正极材料和高镍层状正极材料；

对于负极材料，我们也应该突破传统的石墨体系，因此我们选择硬质碳和硅基材料进行研发。此外，硬碳材料的容量也相当高，例如，一种由聚合物材料作为前驱体制成的硬碳材料显示出优异的财产。以这种方式制造的单个电池的能量密度应达到280Wh/kg以上。

此外，黄运辉认为，现在很多汽车专家都希望将锂电池的能量密度提高到450Wh/kg以上，这对于传统的锂电池来说是不可能的。目前最现实的是采用锂硫电池，但不可能在五年或十年内实现工业化生产。

铁锂电池具有最佳的综合性价比。2元时代没问题

同时，评价一种电池材料的质量，除了能源外，还应更多地关注实践中的综合性能。在这方面，磷酸铁锂电池在未来仍将具有无与伦比的性能。磷酸亚铁锂正极材料的体积膨胀率小于7%，是一种非常稳定的正极材料。到目前为止，在安全性和循环寿命方面，没有任何阴极材料能与磷酸亚铁锂相比。

尽管磷酸亚铁锂在导电性和低温下的批处理稳定性方面表现不佳，但只要看看中国优秀企业目前的技术和设备，就可以解决这些问题。首先，通过技术提高磷酸亚铁锂正极材料的导电性不再是问题。其次，通过大规模生产，其材料的稳定性肯定可以得到保证。此外，通过纳米技术的应用，磷酸亚铁锂正极材料的低温性能也可以大大提高。

最重要的是成本。磷酸铁锂电池不同于三元锂电池，需要依靠钴、镍等稀缺金属的应用。除了昂贵的锂元素外，磷酸铁锂电池获得铁和磷等元素非常便宜。在未来的价格战和资源战中，磷酸铁锂电池具有一定的优势。而且，随着工艺路线的进一步成熟，磷酸铁锂电池的成本实现在2元/瓦时以下是没有问题的。10月11日，华中科技大学材料科学与工程学院院长黄运辉表示，通过纳米技术和富锂技术，磷酸铁锂电池的实际能量密度将大大提高，2元/瓦时以下的磷酸铁锂成本没有问题。

黄运辉在本次论坛的主题演讲中表示，目前磷酸铁锂电池系统约为100Wh/kg。现在有必要开发新一代产品，达到250和260Wh/kg左右，下一步其能量密度将超过300Wh/kg。要实现这种高比能磷酸铁锂电池，一方面要考虑材料本身，另一方面也要综合考虑电池的制备技术。

华中科技大学材料与工程学院院长黄运辉

磷酸亚铁锂在提高能量密度方面还有很大的空间。

目前，从正极和负极方面来看，国内外制造商主要使用磷酸亚铁锂的正极材料体系，而欧美动力电池市场基本上更多使用磷酸亚铁锂电，而日本和韩国主要使用三元体系。可以说，磷酸亚铁锂系统的动力电池仍然是最成熟、最安全的锂离子动力电池。

尽管磷酸亚铁锂是磷酸盐体系中能量密度最低的一种。然而，如果在阴极系统中，整个阴极的核心材料含量可以提高到30%以上，其实际能量密度将大大提高。例如，如果将富锂系统制成电池，单个电池的能量密度可以达到300Wh/kg以上，甚至超过目前三元系统实现的能量密度。

在提高阴极比能的同时……

材料方面，提高阴极材料的比能也是一个重大的技术突破方向。在目前的磷酸铁锂电池中，如果阳极材料仍然是370石墨，那么很难实现高比能。所以现在，硅基材料，包括高比能的硒基材料，在工业上很有价值。

因此，在目前的系统下，如果磷酸亚铁锂能够完全做到，能量密度可以达到120Wh/kg左右，这对电动汽车来说应该没有问题。

阳极材料的技术突破

在提高磷酸铁锂电池能量密度的工作中，负极材料的改进也是一个关键环节。目前，除了石墨之外，其他材料，包括硅和各种氧化物添加剂，可能会添加到传统的石墨中，这是目前可行的方法，现在许多公司都采用了这种方法。黄运辉表示，将这些材料作为添加剂添加到负极中是完全可行的，但添加量不宜过多。

黄运辉透露，目前，我国刚刚启动863重点能源和汽车用纳米功能材料制备与应用重大项目。本项目主要生产高比能电池材料。我们提出单极电池的能量密度可以达到260Wh/kg以上。其中，正极材料采用富锂层状正极材料和高镍层状正极材料；对于负极材料，我们也应该突破传统的石墨体系，因此我们选择硬质碳和硅基材料进行研发。此外，硬碳材料的容量也相当高，例如，一种由聚合物材料作为前驱体制成的硬碳材料显示出优异的财产。以这种方式制造的单个电池的能量密度应达到280Wh/kg以上。

此外，黄运辉认为，现在很多汽车专家都希望将锂电池的能量密度提高到450Wh/kg以上，这对于传统的锂电池来说是不可能的。目前最现实的是采用锂硫电池，但不可能在五年或十年内实现工业化生产。

铁锂电池具有最佳的综合性价比。2元时代没问题

同时，评价一种电池材料的质量，除了能源外，还应更多地关注实践中的综合性能。在这方面，磷酸铁锂电池在未来仍将具有无与伦比的性能。磷酸亚铁锂正极材料的体积膨胀率小于7%，是一种非常稳定的正极材料。到目前为止，在安全性和循环寿命方面，没有任何阴极材料能与磷酸亚铁锂相比。

尽管磷酸亚铁锂在导电性和低温下的批处理稳定性方面表现不佳，但只要看看中国优秀企业目前的技术和设备，就可以解决这些问题。首先，通过技术提高磷酸亚铁锂正极材料的导电性不再是问题。其次，通过大规模生产，其材料的稳定性肯定可以得到保证。此外，通过纳米技术的应用，磷酸亚铁锂正极材料的低温性能也可以大大提高。

最重要的是成本。磷酸铁锂电池不同于三元锂电池，需要依靠钴、镍等稀缺金属的应用。除了昂贵的锂元素外，磷酸铁锂电池获得铁和磷等元素非常便宜。在未来的价格战和资源战中，磷酸铁锂电池具有一定的优势。而且，随着工艺路线的进一步成熟，磷酸铁锂电池的成本实现在2元/瓦时以下是没有问题的。

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