動(dòng)力電池將迎來(lái)鋰電350時(shí)代 里程焦慮、充電難題將有所緩解

一味地強(qiáng)調(diào)動(dòng)力電池的能量密度，忽視安全則有失偏頗。如果動(dòng)力電池的能量密度不能突破瓶頸，電動(dòng)汽車(chē)的使用窘境也難改變。研發(fā)出安全可靠，能量密度高的動(dòng)力電池，成為大家的共同目標(biāo)。

2016年，中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟成立，工信部隨即下達(dá)了研發(fā)高比能量密度電池的任務(wù)。聯(lián)盟聯(lián)合各大高校與科研機(jī)構(gòu)，大家共同努力，終于取得了成果。4月30日，中國(guó)汽車(chē)動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟2021年年度會(huì)議在北京召開(kāi)，國(guó)聯(lián)研究院創(chuàng)新事業(yè)部總經(jīng)理王建濤向大家介紹了350Wh/Kg鋰電池成果。“隨著350Wh/Kg鋰電池被廣泛推廣，動(dòng)力電池將迎來(lái)鋰電350時(shí)代。”

2016年以來(lái)，創(chuàng)新中心高能量密度動(dòng)力電池的研發(fā)工作穩(wěn)步前進(jìn)，從最初的260Wh/Kg到280Wh/Kg，再到300Wh/Kg，到如今350Wh/Kg的動(dòng)力電池取得了成果，一步一個(gè)腳印。據(jù)介紹，350Wh/Kg的電池容量達(dá)到80Ah，循環(huán)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鋰電池滿(mǎn)足法規(guī)性檢測(cè)要求。

“300Wh/Kg鋰電池正極材料具有高比容高熱穩(wěn)定的特點(diǎn)。” 王建濤表示 。據(jù)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(shè)計(jì)和工藝技術(shù)，開(kāi)發(fā)了不同鎳含量的系列三元材料，并且實(shí)現(xiàn)了工程化制備，已經(jīng)完成2000噸試產(chǎn)和客戶(hù)批量驗(yàn)證。“通過(guò)技術(shù)授權(quán)轉(zhuǎn)讓?zhuān)纬闪瞬牧显O(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造設(shè)計(jì)的技術(shù)體系。在四川建立了年產(chǎn)4000噸的示范生產(chǎn)線(xiàn)。”

針對(duì)高比容量高鎳三元正極材料穩(wěn)定性差的這個(gè)難題，創(chuàng)新中心開(kāi)展了“基體摻雜+表面包覆改性”研究，改善其微觀(guān)結(jié)構(gòu)和表面穩(wěn)定性，提升材料的釋氧分解溫度和循環(huán)穩(wěn)定性。“通過(guò)一系列改進(jìn)，我們?nèi)〉昧?10mAh/g材料的穩(wěn)定性試制。” 王建濤說(shuō)。

關(guān)鍵材料研發(fā)取得進(jìn)展是350Wh/Kg鋰電池取得成果的重要因素。創(chuàng)新中心的研究人員發(fā)展了不同Li2MO3組分的系列富錳材料及工程化技術(shù)，230～260mAh/g富錳材料實(shí)現(xiàn)工程化穩(wěn)定試制，基本上解決了這種材料在新型鋰離子電池設(shè)計(jì)應(yīng)用中的關(guān)鍵技術(shù)，并初步完成客戶(hù)驗(yàn)證。“富錳材料相比高鎳材料的BOM成本降低約30%。聯(lián)合產(chǎn)學(xué)研各方力量正在開(kāi)發(fā)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(shuō)。

動(dòng)力電池的負(fù)極也非常關(guān)鍵。350Wh/Kg鋰電池負(fù)極采用機(jī)械納米化和熔鹽電解法兩種技術(shù)路線(xiàn)，開(kāi)發(fā)了納米硅碳復(fù)合、原位生長(zhǎng)、表面包覆技術(shù) ，并且發(fā)展了多維納米硅材料，碳載納米硅以及納米硅碳復(fù)合材料等系列新材料。“這些新材料新技術(shù)都是實(shí)現(xiàn)了工程化的工藝技術(shù)。高比容量負(fù)極材料已被申請(qǐng)了50多項(xiàng)專(zhuān)利。”王建濤表示。

高低溫性能是動(dòng)力電池的重要指標(biāo)，350Wh/Kg鋰電池的低溫性能也很出色，工作溫度從-20℃擴(kuò)展至-40℃，在-40℃溫度時(shí)，1C放電容量為常溫25℃時(shí)1C放電容量的89.36%。在45℃時(shí)循環(huán)性能可以達(dá)到700周。“我們開(kāi)發(fā)了低溫溶劑體系+低溫抗成膜添加劑的低溫電解液技術(shù)，使得350Wh/Kg鋰電池的低溫性能表現(xiàn)良好。” 王建濤說(shuō)。

如果不計(jì)成本，動(dòng)力電池的許多性能指標(biāo)會(huì)亮瞎人們的眼睛，但是商業(yè)化的動(dòng)力電池必須考慮成本因素。350Wh/Kg鋰電池的成本優(yōu)勢(shì)也很明顯，電池容量72Ah的電池，能量密度達(dá)到354Wh/Kg，BOM成本比高鎳體系降低14%。350Wh/Kg鋰電池推廣開(kāi)之后，更有利于電動(dòng)汽車(chē)的普及。

創(chuàng)新中心作為我國(guó)動(dòng)力電池創(chuàng)新平臺(tái)，并不滿(mǎn)足于現(xiàn)有的成果，也在著手研發(fā)高比能量、高安全的全固態(tài)電池。目前，創(chuàng)新中心聯(lián)合加拿大西安大略大學(xué)、加拿大固態(tài)電池公司，在國(guó)際上率先開(kāi)發(fā)出高離子導(dǎo)鹵化物基固體電解質(zhì)。王建濤說(shuō)：“我們將堅(jiān)持固態(tài)電池的研究，目前的工作重點(diǎn)是完善350Wh/Kg鋰電池的系列工作，讓這項(xiàng)科研成果早日惠及廣大消費(fèi)者。動(dòng)力電池進(jìn)入350時(shí)代，里程焦慮、充電難題都將有所緩解。”(萬(wàn)仁美)