钜大LARGE | 点击量：753次 | 2021年05月19日
研发安全可靠能量密度高的动力锂电池，成为大家共同目标
一味地强调动力锂离子电池的能量密度，忽视安全则有失偏颇。假如动力锂离子电池的能量密度不能突破瓶颈，电动汽车的使用窘境也难改变。研发出安全可靠，能量密度高的动力锂离子电池，成为大家的共同目标。
2016年，我国汽车动力锂离子电池产业创新联盟成立，工信部随即下达了研发高比能量密度电池的任务。联盟联合各大高校与科研机构，大家共同努力，终于取得了成果。四月三十日，我国汽车动力锂离子电池产业创新联盟2021年年度会议在北京召开，国联研究院创新事业部总经理王建涛向大家介绍了350Wh/Kg锂离子电池成果。“随着350Wh/Kg锂离子电池被广泛推广，动力锂离子电池将迎来锂电350时代。”
2016年以来，创新中心高能量密度动力锂离子电池的研发工作稳步前进，从最初的260Wh/Kg到280Wh/Kg，再到300Wh/Kg，到如今350Wh/Kg的动力锂离子电池取得了成果，一步一个脚印。据介绍，350Wh/Kg的电池容量达到80Ah，循环500周后容量保持率大于90%，3C放电倍率大于97%，-40℃容量保持率大于85%，而在安全方面，350Wh/Kg锂离子电池满足法规性检测要求。
“300Wh/Kg锂离子电池正极材料具有高比容高热稳定的特点。”王建涛表示。据介绍，正极材料采用了高温固相合成、表面掺杂、组分梯度的设计和工艺技术，开发了不同镍含量的系列三元材料，并且实现了工程化制备，已经完成2000吨试产和客户批量验证。“通过技术授权转让，形成了材料设计，产品设计和制造设计的技术体系。在四川建立了年产4000吨的示范生产线。”
针对高比容量高镍三元正极材料稳定性差的这个难题，创新中心开展了“基体掺杂+表面包覆改性”研究，改善其微观结构和表面稳定性，提升材料的释氧分解温度和循环稳定性。“通过一系列改进，我们取得了210mAh/g材料的稳定性试制。”王建涛说。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
关键材料研发取得进展是350Wh/Kg锂离子电池取得成果的重要因素。创新中心的研究人员发展了不同Li2MO3组分的系列富锰材料及工程化技术，230～260mAh/g富锰材料实现工程化稳定试制，基本上解决了这种材料在新型锂离子电池设计应用中的关键技术，并初步完成客户验证。“富锰材料相比高镍材料的BOM成本降低约30%。联合产学研各方力量正在开发比容量300Ah/g的富锂锰基材料，有望将锂离子电池比能量提升至400Wh/Kg以上。”王建涛说。
动力锂离子电池的负极也非常关键。350Wh/Kg锂离子电池负极采用机械纳米化和熔盐电解法两种技术路线，开发了纳米硅碳复合、原位生长、表面包覆技术，并且发展了多维纳米硅材料，碳载纳米硅以及纳米硅碳复合材料等系列新材料。“这些新材料新技术都是实现了工程化的工艺技术。高比容量负极材料已被申请了50多项专利。”王建涛表示。
高低温性能是动力锂离子电池的重要指标，350Wh/Kg锂离子电池的低温性能也很出色，工作温度从-20℃扩展至-40℃，在-40℃温度时，1C放电容量为常温25℃时1C放电容量的89.36%。在45℃时循环性能可以达到700周。“我们开发了低温溶剂体系+低温抗成膜添加剂的低温电解液技术，使得350Wh/Kg锂离子电池的低温性能表现良好。”王建涛说。
假如不计成本，动力锂离子电池的许多性能指标会亮瞎人们的眼睛，但是商业化的动力锂离子电池必须考虑成本因素。350Wh/Kg锂离子电池的成本优势也很明显，电池容量72Ah的电池，能量密度达到354Wh/Kg，BOM成本比高镍体系降低14%。350Wh/Kg锂离子电池推广开之后，更加有利于电动汽车的普及。
创新中心作为我国动力锂离子电池创新平台，并不满足于现有的成果，也在着手研发高比能量、高安全的全固态电池。目前，创新中心联合加拿大西安大略大学、加拿大固态电池公司，在国际上率先开发出高离子导卤化物基固体电解质。王建涛说：“我们将坚持固态电池的研究，目前的工作重点是完善350Wh/Kg锂离子电池的系列工作，让这项科研成果早日惠及广大消费者。动力锂离子电池进入350时代，里程焦虑、充电难题都将有所缓解。”
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