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中創新航下一代動力鋰電池開發"圖景"

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年12月20日  

下一代電池的新挑戰是攻關更高容量、更穩定的正負極材料以及更安全的電解質。


基于材料體系優化和系統結構設計創新等方式,動力鋰電池的整體性能還在不斷迭代更新。


目前,部分電池公司量產的LFP電芯比能量已經突破200Wh/kg,系統能量密度達160Wh/kg;三元電池的電芯比能量最高超300Wh/kg,系統能量密度已經超200Wh/kg。


不過,目前以三元、磷酸鐵鋰為主的主流正極材料的克容量和其它性能發揮已經接近其理論值。下一代電池的新挑戰是攻關更高容量、更穩定的正負極材料以及更安全的電解質。


這其中,高容量硫正極、長循環鋰金屬負極及全固態電解質技術是下一代高能量密度電池的突破關鍵。


"目前,可產業化的高能量密度電池體系選擇有限,以高電壓鈷酸鋰、高鎳三元和硫正極三種正極搭配鋰金屬負極的材料體系,有望成為2030年我國動力鋰電池計劃達到500Wh/kg的目標的可靠選擇。"


中創新航技術研究院儲能材料研發部負責人彭祖鈴表示,受限于鈷材料資源緊缺問題,下一代可產業化的高能量密度電池將聚焦到高鎳全固態電池或鋰硫電池。


在近日舉辦的第十五屆高工鋰電產業峰會上,中創新航介紹了其在下一代高能量密度電池方面的研發最新進展。


"卡位"下一代動力鋰電池


鋰硫電池具有超高的理論比容量(2552Wh/kg),不使用鎳和鈷,安全無毒,被認為是最具潛力的下一代高能量電池體系之一,成為電化學儲能領域的重點研究方向。


但是鋰硫電池在充放電過程中出現的可溶性多硫化合物會導致"穿梭效應",硫自身較差的電子電導、充放電前后電極較大的體積膨脹等因素,會導致鋰硫電池的容量快速衰減,阻礙其商業化發展。


因此,開發具有高導電性,同時對"穿梭效應"具有較強弱化能力的正極材料,是實現高性能鋰硫電池產業化的關鍵。


高工鋰電關注到,中創新航在高能量密度鋰硫電池研發方向在行業內已具備先發優勢。


中創新航從第一性原理出發,自主設計出一維到三維結構的高容量長壽命鋰硫正極材料,以及創新的復合正極極片,同時兼具關鍵主材宏量制備的能力。


CALB自研硫正極材料及鋰硫電池


在此基礎上,中創新航實現了20Ah以上軟包鋰硫電池從材料到電芯的標準化生產量力。該鋰硫電池表現出優異的低溫性能,在零下-40℃可發揮80%的容量,具有超低溫使用前景。


目前,國內外在鋰硫電池領域的專利申請持續升溫,而中創新航在鋰硫電池領域的專利申請數量也快速上升,數據顯示,在全球鋰硫電池專利公開數量排名中,中創新航位居第二,僅次于LG化學。


除了鋰硫電池之外,中創新航在全固態電池技術的研究方面也取得重大突破。


彭祖鈴介紹,中創新航在全固態電解質方面積累了大量的技術,尤其是材料微觀結構設計、形貌控制以及可控制造方面,目前成功開發的全固態電解質的室溫離子電導率最高達6mS/cm,可以和液態電解液相媲美。


在此基礎上,中創新航創新設計的離子緩沖層,以及正極界面包覆技術可將全固態電解質的電壓窗口拓寬至4.7V以上,兼容高電壓正極或高鎳正極。


和此同時,中創新航在鋰金屬負極研究方面也取得積極進展。同等條件下,中創新航自研的超薄鋰合金負極和國內機構比較具有明顯優勢。


以上自研的固態電解質、正極材料、超薄鋰合金負極研究進展將促進高能量密度電池技術發展,并帶來500Wh/kg高能量密度全固態電池的產業化可能性。


為開發下一代高能量密度電池,中創新航還專門打造了高能量密度鋰金屬電池研發平臺,能夠實現一站式方法設計和驗證。


中創新航持續投入完善研發條件,一方面源于對新技術的探索和對下一代電池的希望;另一方面是看好未來面向特殊領域巨大的應用價值,比如未來的高端動力、高端儲能應用市場、無人機市場等對能量密度要求較高的應用場景,或者極寒苛刻環境下的超低溫應用領域。


多元化技術儲備蓄力TWh時代


領跑下一代動力鋰電池技術開發的同時,中創新航也在持續加大現有材料體系的創新迭代,基于資源和性能的極致平衡,以及制造的高度協同,蓄力TWh大時代。


高工鋰電注意到,中創新航為廣汽乘用車旗下一款合創Z03車型配套的三元電池系統能量密度達到了205Wh/kg,并進入《新能源汽車推廣應用推薦車型目錄》(2022年第4批)。


這意味著中創新航率先邁入了三元電池系統能量密度超200Wh/kg"俱樂部",并已經進入量產裝車階段。


產業界的一致共識是,從技術的角度看,新能源汽車市場具有極強的復雜性和多樣性,這造就了動力鋰電池多技術路線并行的技術局面。


"應用的多元化,一定會帶來技術路線的多元化。"中創新航董事長劉靜瑜表示,中創新航動力鋰電池技術和產品的開發理念是能量和資源的極致平衡,重要體現在無鈷化、高錳化、高壓化、固態化四個方面。


其中,中創新航目前量產的三元電池已經把鈷含量將到了7%,下一步將降低至5%,未來還將進一步降低至3%,將鈷作為添加劑使用。同時,中創新航還將不斷擴大磷酸鐵鋰、錳酸鋰等無鈷電池的應用和推廣,持續降低對鈷資源的依賴。


除此之外,中創新航還將推出新型磷酸錳鐵鋰電池以及持續提升公司高壓三元電池性能,減少有關鎳的依賴,用極少的資源做到電池能量最大化。


在制造層面,中創新航還引入極簡制造、極限制造、智能制造三大概念,通過簡化產品設計、優化制造工藝和提升產線智能制造水平等方式,滿足公司TWh時代動力鋰電池大規模制造的要求。

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