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动力电池

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动力电池

作者:
肖成伟
来源:
中国电子科技集团第十八研究所
日期:
2018/01/12 10:55
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  动力电池作为电动汽车的能量储存装置,其性能的优劣,如安全性、能量密度、功率密度、寿命、成本等,直接影响新能源汽车的使用。在国家和地方两级财政政策的大力支持下,2016年中国新能源汽车产业在2015年的基础上继续呈现出高速发展的态势,2016年累计生产新能源汽车51.6万辆,销售50.7万辆,动力电池的总配套量超过了280亿瓦时。

  一、在技术方面

  动力电池的研发工作得到了国家的高度重视和大力支持,尤其以锂离子动力电池作为支持的重点。

  2015年国家发布了“新能源汽车”试点专项2016年度项目申报指南,在动力电池领域分别从两个研究内容进行支持,分别为:动力电池新材料体系和高比能量锂离子电池技术,专项研究进展如下。

  1、合肥国轩高科公司牵头承担的项目

  “高比能量动力锂离子电池的研发与集成应用”围绕高比能、高安全、长寿命动力电池的开发,通过电池模型模拟分析,从材料体系匹配和电芯设计工艺角度对新型正极材料、硅基负极材料以及高安全电解液等开展了深入研究和技术攻关。

  目前,采用镍钴锰三元材料匹配石墨负极材料开发出18Ah软包装电池,能量密度分别达到了213Wh/kg(4.2V)和270 Wh/kg (4.4V);采用高镍正极材料匹配硅基负极材料实现单体电池能量密度达281 Wh/kg,1C倍率充放室温循环350次容量保持80%;采用富锂正极材料匹配硅基负极材料实现单体电池能量密度达302 Wh/kg,0.5C倍充倍放室温循环195次容量保持80%。

  项目突破了高比能量电芯的材料体系匹配技术、极片加工制备技术与环境控制技术,在电芯极片设计、电芯制备过程工艺技术、性能及安全性能测试等方面取得了显著成绩,形成了高比能电池开发的标准化作业流程与开发平台。

  2、天津力神公司牵头承担的项目

  “高比能量动力锂离子电池开发与产业化技术攻关”在高镍正极材料研发方面,在第一阶段通过基础配方实验,解决了高镍系材料放电比容量低、首效低的技术难题,结合前驱体控制结晶合成技术、富氧气氛二次固相合成技术和配方调整、包覆技术等关键技术,提高Ni2+氧化成Ni3+氧化程度,减少材料表面与电解液接触,降低材料表面残余Li量,在不提高Ni含量的前提下,将高镍系材料首次放电容量提高至≥206mAh/g,首效≥90%,振实密度≥2.1g/cm3,磁性杂质含量≤40ppb,pH≤11.7,拥有一条20吨/月的中试生产线。

  同时针对当前前驱体中Ni、Co、Mn三种元素连续梯度制备困难以及均匀性不好控制的技术难题,采用Ni、Co、Mn三种溶液单独配制,各自通过设计程序精确控制流量进入反应釜的新思路,设计、制作了100升实验装置,编制完成控制程序,对制备工艺参数进行优化,实现了前驱体中三种元素从核到壳按任意曲线连续梯度分布,从而大幅降低因组分突变而导致的材料在体积效应、应力等方面的不均匀性,减少颗粒在充放电过程中的微裂纹,提高容量保持率。

  该方法同时提高了前驱体的批次均一性,合成的前驱体为二次球型结构、粒径及组分梯度分布可控、振实密度高于1.8g/cm3。以上结果为高镍三元正材料的组分及梯度精细设计、为开发高比容量、长寿命的梯度高镍正极材料打下了良好的基础。目前采用高镍材料匹配硅基负极材料开发出3Ah软包装电池进行技术验证,能量密度达到了300 Wh/kg,并开展了循环寿命、低温性能和倍率放电性能测试评估工作。

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