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研發安全可靠能量密度高的動力鋰電池,成為大家共同目標

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2021年05月19日  

一味地強調動力鋰離子電池的能量密度,忽視安全則有失偏頗。假如動力鋰離子電池的能量密度不能突破瓶頸,電動汽車的使用窘境也難改變。研發出安全可靠,能量密度高的動力鋰離子電池,成為大家的共同目標。


2016年,我國汽車動力鋰離子電池產業創新聯盟成立,工信部隨即下達了研發高比能量密度電池的任務。聯盟聯合各大高校與科研機構,大家共同努力,終于取得了成果。四月三十日,我國汽車動力鋰離子電池產業創新聯盟2021年年度會議在北京召開,國聯研究院創新事業部總經理王建濤向大家介紹了350Wh/Kg鋰離子電池成果。“隨著350Wh/Kg鋰離子電池被廣泛推廣,動力鋰離子電池將迎來鋰電350時代。”


2016年以來,創新中心高能量密度動力鋰離子電池的研發工作穩步前進,從最初的260Wh/Kg到280Wh/Kg,再到300Wh/Kg,到如今350Wh/Kg的動力鋰離子電池取得了成果,一步一個腳印。據介紹,350Wh/Kg的電池容量達到80Ah,循環500周后容量保持率大于90%,3C放電倍率大于97%,-40℃容量保持率大于85%,而在安全方面,350Wh/Kg鋰離子電池滿足法規性檢測要求。


“300Wh/Kg鋰離子電池正極材料具有高比容高熱穩定的特點。”王建濤表示。據介紹,正極材料采用了高溫固相合成、表面摻雜、組分梯度的設計和工藝技術,開發了不同鎳含量的系列三元材料,并且實現了工程化制備,已經完成2000噸試產和客戶批量驗證。“通過技術授權轉讓,形成了材料設計,產品設計和制造設計的技術體系。在四川建立了年產4000噸的示范生產線。”


針對高比容量高鎳三元正極材料穩定性差的這個難題,創新中心開展了“基體摻雜+表面包覆改性”研究,改善其微觀結構和表面穩定性,提升材料的釋氧分解溫度和循環穩定性。“通過一系列改進,我們取得了210mAh/g材料的穩定性試制。”王建濤說。


關鍵材料研發取得進展是350Wh/Kg鋰離子電池取得成果的重要因素。創新中心的研究人員發展了不同Li2MO3組分的系列富錳材料及工程化技術,230~260mAh/g富錳材料實現工程化穩定試制,基本上解決了這種材料在新型鋰離子電池設計應用中的關鍵技術,并初步完成客戶驗證。“富錳材料相比高鎳材料的BOM成本降低約30%。聯合產學研各方力量正在開發比容量300Ah/g的富鋰錳基材料,有望將鋰離子電池比能量提升至400Wh/Kg以上。”王建濤說。


動力鋰離子電池的負極也非常關鍵。350Wh/Kg鋰離子電池負極采用機械納米化和熔鹽電解法兩種技術路線,開發了納米硅碳復合、原位生長、表面包覆技術,并且發展了多維納米硅材料,碳載納米硅以及納米硅碳復合材料等系列新材料。“這些新材料新技術都是實現了工程化的工藝技術。高比容量負極材料已被申請了50多項專利。”王建濤表示。


低溫性能是動力鋰離子電池的重要指標,350Wh/Kg鋰離子電池的低溫性能也很出色,工作溫度從-20℃擴展至-40℃,在-40℃溫度時,1C放電容量為常溫25℃時1C放電容量的89.36%。在45℃時循環性能可以達到700周。“我們開發了低溫溶劑體系+低溫抗成膜添加劑的低溫電解液技術,使得350Wh/Kg鋰離子電池的低溫性能表現良好。”王建濤說。


假如不計成本,動力鋰離子電池的許多性能指標會亮瞎人們的眼睛,但是商業化的動力鋰離子電池必須考慮成本因素。350Wh/Kg鋰離子電池的成本優勢也很明顯,電池容量72Ah的電池,能量密度達到354Wh/Kg,BOM成本比高鎳體系降低14%。350Wh/Kg鋰離子電池推廣開之后,更加有利于電動汽車的普及。


創新中心作為我國動力鋰離子電池創新平臺,并不滿足于現有的成果,也在著手研發高比能量、高安全的全固態電池。目前,創新中心聯合加拿大西安大略大學、加拿大固態電池公司,在國際上率先開發出高離子導鹵化物基固體電解質。王建濤說:“我們將堅持固態電池的研究,目前的工作重點是完善350Wh/Kg鋰離子電池的系列工作,讓這項科研成果早日惠及廣大消費者。動力鋰離子電池進入350時代,里程焦慮、充電難題都將有所緩解。”


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