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【中國科學報】既抗凍又耐熱,這款鋰電池超“能打”

時間:2023-11-24  來源: 文本大?。骸?a href="javascript:doZoom(16)">大 |  | 】  【打印

  凜冬時節,你的電動汽車和移動電子設備能抵御極寒天氣嗎?近日,在第25屆中國國際高新技術成果交易會上,《中國科學報》記者看到一款最新研發的鋰離子電池正在經受上達80 、下至-70 “冰火兩重天”的極致考驗。

  受得了炎熱、耐得住冰雪,充電快速、成本低,這款超“能打”的鋰電池由中國科學院深圳先進技術研究院(以下簡稱深圳先進院)碳中和技術研究所先進儲能技術中心研究團隊歷時10年研發,是我國首款具有寬溫域、低成本、長壽命的電芯產品,上市后有望打破未來新能源產業格局。

  據團隊成員介紹,這項新型鋰離子電池技術目前已實現了儲能、動力等多個應用領域的電芯產品的規?;慨a,并于今年6月在我國東北等地分布式儲能領域開展應用示范。

  工作溫度范圍“橫跨”150  

  從汽車到電子產品,鋰離子電池早已滲透到人們的日常生活中,為衣食住行提供“動力”?!吨袊囯x子電池行業發展白皮書(2023年)》顯示,2022年中國鋰離子電池出貨量已超過全球平均增速。在世界范圍內,我國鋰離子電池產業仍扮演領軍者角色。

  受電池材料限制,傳統鋰離子電池的工作溫度在0 ~40 ,低于0 后鋰電池的放電性能就會大幅下降。

  然而,我國幅員遼闊,氣溫隨地域和季節變化大,北方地區冬季溫度可以低至-40 以下,而南方地區夏季地表溫度高達50 以上。傳統鋰離子電池無法適應這樣極端的溫度條件,就會造成一些棘手情況,例如,北部地區豐富的太陽能、風能等清潔能源難以直接并網供電,冬季電動車無法啟動、智能手機自動關機,夏季電動車自燃等頻發。

  為此,該團隊歷時近10年,研發出既抗凍又耐熱的新型鋰離子電池技術,可以同時兼顧低溫與高溫性能。

  研究團隊核心成員蔣春磊介紹,他們通過電池負極材料和電解液體系的創新,直接擴大了電池的工作溫度范圍,其中最低工作溫度達-70 、最高工作溫度達80 ,實現了高寒酷暑的寬溫域應用場景。

  研發關鍵負極材料 

  這么能“打”的新型鋰電池,究竟“新”在何處?團隊主要從負極材料和電解液體系上下功夫。

  據了解,目前電池的正極材料相關技術已接近“天花板”,要提升性能,負極材料尚有發展空間。為此,團隊研發了一種新型鋁基復合負極材料,通過與商用鋰離子電池正極材料匹配,針對不同應用場景研發相應電解液體系,成功開發出新型鋁基-磷酸鐵鋰電芯、鋁基-錳酸鋰電芯、鋁基-鈷酸鋰電芯和鋁基-三元電芯等超寬溫域電池產品。

  “我們開發的電池產品除了具備耐熱、抗凍的特性以外,還具有高安全、長續航、快充和低成本的優勢?!笔Y春磊表示。

  在安全性能方面,常規鋰電池隨著不斷使用,內部會產生鋰枝晶,既影響充電能力,還可能刺穿隔膜,帶來電池短路等隱患。而團隊開發的新型鋁基復合負極,在低溫和過充條件下都能有效緩解鋰枝晶的產生,提高了電池的安全性。

  在續航性能上,得益于鋁基復合負極材料較高的理論容量,該電池能量密度較傳統鋰離子電池提升13%~25%,能做到長續航。此外,由于鋁基復合負極優異的導電性能,產品還表現出不俗的快充性能,20分鐘即可充滿電,為半小時充電需求提供了解決方案。

  在成本方面,基于鋁基復合負極的性能優勢,并結合開發的高性能電解液體系,低溫電池產品還可以擺脫對昂貴的納米級正極材料的依賴,使電池成本降低10%~30%。

  應用場景“上天入地” 

  據深圳先進院轉化處處長吳小麗介紹,基于新型電池技術,該團隊的23項相關專利依托深圳先進院,以知識產權作價6500萬元,成功實現了技術轉移轉化,并于2017年3月成立了深圳中科瑞能實業有限公司。相關研究成果形成了包括PCT(專利合作條約)專利,中國發明專利,美、歐、日、韓發明專利在內的180余項專利池,獲得授權專利120余項,目前已在四川廣元啟動建設超寬溫域電芯和PACK(電池模組)制造基地,占地200畝,首期投資規模12.7億元。

  經過團隊多年的技術攻關,新型寬溫域電池技術已成熟并進入市場推廣階段,目前已與電動自行車頭部企業、新能源汽車頭部企業、能源領域央企等建立了廣泛且深入的合作,提供的批量電芯性能評估已滿足使用需求。

  相關企業實測結果表明,使用針對低速電動車開發的鋁基-錳酸鋰電芯產品在-50 的條件下放電容量保持率仍然超過60%;針對新能源汽車開發的鋁基-磷酸鐵鋰電芯產品可在-30 的環境條件下高效充電,充電容量超過初始容量的91%,有望解決電動汽車冬季續航縮水和低溫啟動困難的難題。

  “有些場景需要-40 也能正常充放電,而有些則在長循環方面提出了更高要求。圍繞核心技術,結合實際情況,我們對產品不斷作出調整?!眻F隊成員表示,相關產品可以應用于光伏儲能、家庭儲能、通信基站儲能、軌道交通、航空航天、極地科考等領域,尤其適用于高寒地區及亞熱帶地區,顯著擴大了電池的應用范圍。

 

 

  

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