TUM采用微波合成技术 生产电动车电池阴极材料

据外媒报道,慕尼黑工业大学(Technical University of Munich,TUM)研发了一项新工艺,用于生产高压阴极材料磷酸钴锂(lithium cobalt phosphate),使其生产更为快捷、方便,且价格便宜、品质最优,进一步提升了电动车车载电池的性能。

电池研究人员认为,磷酸钴锂被认为是未来的电池材料,其操作电压比当前采用的磷酸锂铁(lithium-iron phosphate)要高,其能量密度也较高,达到800瓦时/千克。相较于早前普遍达到的600瓦时/千克,该材料的能量密度取得了大幅提升。

然而,截止至目前,这款颇具前景的阴极材料产量很少,属于能源密集型产品,其生产效能并不高:必须要达到900℃的极高温度。此外,在这高温条件下,其结晶尺寸也各有不同。在第二步生产操作中,还需将其磨成纳米晶体粉末(nanocrystalline powder),尽管该流程非常耗能,但其生产也并全是缺点:其颗粒离子导电性(sufficient ionic conductivity)强,导电方向相同,电池电极材料与电解质间的化学反应相对较缓。

TUM研究员Jennifer Ludwig博士研发了微波合成法(microwave synthesis),可一举解决上述所有问题:只需使用一个小型微波炉,再耗费0.5小时,就能生产出高纯度的磷酸钴锂。首先,将溶剂放入聚四氟乙烯(Teflon)容器内,加入试剂后用微波炉加热。微波炉的功率无需太高,只要600瓦就够用了,所需的反应温度在250℃,在该条件下可触发结晶反应。

在这项试验中,她还解决另一项难题:当反应温度超过200℃且处于高压状态下,通常难以获得理想的磷酸钴锂,有时会生成不明的复合型氢氧化钴磷酸氢盐(cobalt hydroxide hydrogen phosphate)。Jennifer Ludwig阐明了反应机理,分离出化合物,并确定其结构及特性。由于新的化合物不适合作为电池材料,她修改了该反应条件,从而只生成其所需的磷酸钴锂。

Jennifer Ludwig的研究工作获得了宝马的支持,她与劳伦斯伯克利国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory,LBNL)、斯坦福同步加速器辐射光源(Stanford Synchrotron Radiation Lightsource,SSRL)及Walther-Meißner-Institut(WMI)共同开展该项研究合作。