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深圳先進(jìn)院新型鋰離子電池成功量產(chǎn) 抗凍又耐熱,合格率超99%
日期:2022-05-26   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_liujinying 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]

新型電池規(guī)?;a(chǎn)線局部(左)及批量測(cè)試(右)來源:深圳先進(jìn)院供圖

受得了炎熱氣候、扛得住冰天雪地、充電快速、成本還低,如此“能打”的鋰電池是真實(shí)存在的!5月24日,記者從中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院獲悉,該院碳中和(籌)研究所唐永炳團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新型鋰離子電池技術(shù)于5月24日完成了規(guī)?;慨a(chǎn)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明,本次規(guī)模化量產(chǎn)的產(chǎn)品合格率達(dá)到99.11%,過程各工序合格率均99%以上。

團(tuán)隊(duì)表示,這是我國首款具有寬溫域、低成本、長壽命的電芯產(chǎn)品,有望打破電池產(chǎn)業(yè)格局。

適應(yīng)環(huán)境溫差“橫跨”150℃

從汽車到電子產(chǎn)品,鋰離子電池早已滲透到人們生活,為衣食住行提供“動(dòng)力”。據(jù)工信部賽迪研究院近日發(fā)布的《2021中國鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展指數(shù)白皮書》顯示,我國已連續(xù)五年成為全球最大的鋰電池消費(fèi)市場。

然而,受電池關(guān)鍵材料的限制,目前鋰離子電池的一大局限是,在零度以下的低溫條件下無法充電,而在50℃以上的高溫條件下,安全性又不能保障。我國幅員遼闊,氣溫隨地域和季節(jié)變化大,北方地區(qū)冬季溫度可以低至-40℃以下,而南方地區(qū)夏季地表溫度高達(dá)50℃以上,冬季電動(dòng)車無法啟動(dòng)、智能手機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī),夏季電動(dòng)車自燃等情況頻發(fā)。


新型電池高低溫性能測(cè)試(左:-70℃測(cè)試,右:80℃測(cè)試)來源:深圳先進(jìn)院供圖

為此,唐永炳團(tuán)隊(duì)歷時(shí)近10年,研發(fā)出了既抗凍又耐熱的新型鋰離子電池技術(shù),最低工作溫度可以達(dá)到-70℃,而最高工作溫度高達(dá)80℃,而且低溫與高溫性能可以同時(shí)兼顧。

據(jù)悉,該產(chǎn)品的高低溫性能、循環(huán)壽命、安全性能等各項(xiàng)指標(biāo),均已通過第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè),并獲得ISO9001、GB31241-2014、IEC 62133-2:2017、UN38.3等標(biāo)準(zhǔn)和資質(zhì)認(rèn)證。

研發(fā)關(guān)鍵負(fù)極材料

新型電池“新”在何處?團(tuán)隊(duì)主要從負(fù)極材料和電解液上下功夫。

據(jù)了解,目前電池的正極材料相關(guān)技術(shù)已接近“天花板”,要提升性能,負(fù)極材料尚有發(fā)展空間。為此,團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新型鋁基復(fù)合負(fù)極材料,通過與商用鋰離子電池正極材料匹配,針對(duì)不同應(yīng)用場景,成功開發(fā)出了新型錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元電池等產(chǎn)品。

“我們開發(fā)的電池產(chǎn)品除了耐熱抗凍的特性以外,還具有高安全、長續(xù)航、快充和低成本的優(yōu)勢(shì)。”該團(tuán)隊(duì)表示。

在安全性能方面,常規(guī)鋰電池隨著不斷使用,內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶,既影響充電能力,還可能刺穿隔膜,帶來電池短路等隱患。而團(tuán)隊(duì)開發(fā)的新型鋁基負(fù)極,在低溫和過充條件下能有效緩解鋰枝晶的產(chǎn)生,提高了安全性。

在續(xù)航性能上,得益于鋁基負(fù)極材料高的理論容量,該電池能量密度較傳統(tǒng)鋰離子電池提升13%~25%,能做到長續(xù)航。此外,由于鋁基復(fù)合負(fù)極優(yōu)異的導(dǎo)電性能,產(chǎn)品還表現(xiàn)出不俗的快充性能,20分鐘即可充滿電,為半小時(shí)充電需求提供了解決方案。

在成本方面,基于鋁基復(fù)合負(fù)極的性能優(yōu)勢(shì),并結(jié)合開發(fā)的高性能電解液,低溫電池產(chǎn)品可以擺脫對(duì)昂貴的納米級(jí)正極材料的依賴,電池成本可以降低10%-30%。

應(yīng)用場景“上天入地”

據(jù)悉,本次量產(chǎn)主要應(yīng)用于電動(dòng)車相關(guān)領(lǐng)域,對(duì)批量電芯進(jìn)行深度性能評(píng)估,相關(guān)性能評(píng)估已滿足使用需求。

一直以來,團(tuán)隊(duì)堅(jiān)持緊貼市場需求。“有些場景需要零下40攝氏度也能正常充放電,而有些則在長循環(huán)方面提出了更高要求。圍繞核心技術(shù),結(jié)合實(shí)際情況,我們對(duì)產(chǎn)品不斷作出調(diào)整。”團(tuán)隊(duì)表示。相關(guān)產(chǎn)品可以應(yīng)用于光伏儲(chǔ)能、家庭儲(chǔ)能、通訊基站儲(chǔ)能、軌道交通、國防建設(shè)、航天航空、極地科考等領(lǐng)域,尤其適用于高寒地區(qū)及亞熱帶地區(qū),顯著擴(kuò)大了電池的應(yīng)用范圍。

據(jù)悉,相關(guān)研究成果在Nature Chemistry, Nature Communications, Advanced Materials等國際期刊,已發(fā)表高水平SCI論文90余篇;同時(shí)圍繞相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)全面的知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局,形成了180余項(xiàng)包括PCT專利、中國發(fā)明專利、美歐日韓專利在內(nèi)的專利池,已獲得授權(quán)專利120余項(xiàng)。

此外,據(jù)深圳先進(jìn)院轉(zhuǎn)化處處長吳小麗介紹,基于新型電池技術(shù),團(tuán)隊(duì)的23項(xiàng)相關(guān)專利依托深圳先進(jìn)院,以知識(shí)產(chǎn)權(quán)作價(jià)6500萬元,成功實(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化,于2017年3月成立了深圳中科瑞能實(shí)業(yè)有限公司(簡稱“中科瑞能”),獲現(xiàn)金投資2500萬元,注冊(cè)資本1億元。目前,項(xiàng)目正在進(jìn)行增資擴(kuò)股洽談,進(jìn)一步建成新型電池規(guī)?;a(chǎn)線,快速推動(dòng)新型電池產(chǎn)品在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。

國際儲(chǔ)能材料及電化學(xué)著名權(quán)威專家、美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Arumugam Manthiram在ACS Sustainable Chemistry & Engineering的綜述論文中對(duì)該技術(shù)評(píng)價(jià)道,“該成果首次提出了雙功能鋁基負(fù)極的概念,匹配商業(yè)化正極如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等,電池表現(xiàn)出優(yōu)異的長循環(huán)穩(wěn)定性,使得鋁基電池具有巨大的應(yīng)用潛力”。

原標(biāo)題:深圳先進(jìn)院新型鋰離子電池成功量產(chǎn)
抗凍又耐熱,合格率超99%
 
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