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中创新航下一代动力电池开发“图景”

作者:中国储能网新闻中心 来源:高工锂电 发布时间:2022-06-23 浏览:

中国储能网讯:下一代电池的新挑战是攻关更高容量、更稳定的正负极材料以及更安全的电解质。

基于材料体系优化和系统结构设计创新等方式,动力电池的整体性能还在不断迭代更新。

目前,部分电池企业量产的LFP电芯比能量已经突破200Wh/kg,系统能量密度达160Wh/kg;三元电池的电芯比能量最高超300Wh/kg,系统能量密度已经超200Wh/kg。

不过,目前以三元、磷酸铁锂为主的主流正极材料的克容量与其它性能发挥已经接近其理论值。下一代电池的新挑战是攻关更高容量、更稳定的正负极材料以及更安全的电解质。

这其中,高容量硫正极、长循环锂金属负极及全固态电解质技术是下一代高能量密度电池的突破关键。

“目前,可产业化的高能量密度电池体系选择有限,以高电压钴酸锂、高镍三元和硫正极三种正极搭配锂金属负极的材料体系,有望成为2030年中国动力电池计划达到500Wh/kg的目标的可靠选择。”

中创新航技术研究院储能材料研发部负责人彭祖铃表示,受限于钴材料资源紧缺问题,下一代可产业化的高能量密度电池将聚焦到高镍全固态电池或锂硫电池。

在近日举行的第十五届高工锂电产业峰会上,中创新航介绍了其在下一代高能量密度电池方面的研发最新进展。

“卡位”下一代动力电池

锂硫电池具有超高的理论比容量(2552Wh/kg),不使用镍和钴,安全无毒,被认为是最具潜力的下一代高能量电池体系之一,成为电化学储能领域的重点研究方向。

但是锂硫电池在充放电过程中产生的可溶性多硫化合物会导致“穿梭效应”,硫自身较差的电子电导、充放电前后电极较大的体积膨胀等因素,会导致锂硫电池的容量快速衰减,阻碍其商业化发展。

因此,开发具有高导电性,同时对“穿梭效应”具有较强弱化能力的正极材料,是实现高性能锂硫电池产业化的关键。

高工锂电关注到,中创新航在高能量密度锂硫电池研发方向在行业内已具备先发优势。

中创新航从第一性原理出发,自主设计出一维到三维结构的高容量长寿命锂硫正极材料,以及创新的复合正极极片,同时兼具关键主材宏量制备的能力。

CALB自研硫正极材料及锂硫电池

在此基础上,中创新航实现了20Ah以上软包锂硫电池从材料到电芯的标准化生产能力。该锂硫电池表现出优异的低温性能,在零下-40℃可发挥80%的容量,具有超低温使用前景。

目前,国内外在锂硫电池领域的专利申请持续升温,而中创新航在锂硫电池领域的专利申请数量也快速增长,数据显示,在全球锂硫电池专利公开数量排名中,中创新航位居第二,仅次于LG化学。

除了锂硫电池之外,中创新航在全固态电池技术的研究方面也取得重大突破。

彭祖铃介绍,中创新航在全固态电解质方面积累了大量的技术,尤其是材料微观结构设计、形貌控制以及可控制造方面,目前成功开发的全固态电解质的室温离子电导率最高达6mS /cm,可以与液态电解液相媲美。

在此基础上,中创新航创新设计的离子缓冲层,以及正极界面包覆技术可将全固态电解质的电压窗口拓宽至4.7V以上,兼容高电压正极或高镍正极。

与此同时,中创新航在锂金属负极研究方面也取得积极进展。同等条件下,中创新航自研的超薄锂合金负极与国内机构对比具有明显优势。

以上自研的固态电解质、正极材料、超薄锂合金负极研究进展将促进高能量密度电池技术发展,并带来500Wh/kg高能量密度全固态电池的产业化可能性。

为开发下一代高能量密度电池,中创新航还专门打造了高能量密度锂金属电池研发平台,能够实现一站式方案设计与验证。

中创新航持续投入完善研发条件,一方面源于对新技术的探索和对下一代电池的希望;另一方面是看好未来面向特殊领域巨大的应用价值,比如未来的高端动力、高端储能应用市场、无人机市场等对能量密度要求较高的应用场景,或者极寒苛刻环境下的超低温应用领域。

多元化技术储备蓄力TWh时代

领跑下一代动力电池技术开发的同时,中创新航也在持续加大现有材料体系的创新迭代,基于资源与性能的极致平衡,以及制造的高度协同,蓄力TWh大时代。

高工锂电注意到,中创新航为广汽乘用车旗下一款合创Z03车型配套的三元电池系统能量密度达到了205Wh/kg,并进入《新能源汽车推广应用推荐车型目录》(2022年第4批)。

这意味着中创新航率先迈入了三元电池系统能量密度超200Wh/kg“俱乐部”,并已经进入量产装车阶段。

产业界的一致共识是,从技术的角度看,新能源汽车市场具有极强的复杂性与多样性,这造就了动力电池多技术路线并行的技术局面。

“应用的多元化,一定会带来技术路线的多元化。”中创新航董事长刘静瑜表示,中创新航动力电池技术和产品的开发理念是能量与资源的极致平衡,主要体现在无钴化、高锰化、高压化、固态化四个方面。

其中,中创新航目前量产的三元电池已经把钴含量将到了7%,下一步将降低至5%,未来还将进一步降低至3%,将钴作为添加剂使用。同时,中创新航还将不断扩大磷酸铁锂、锰酸锂等无钴电池的应用与推广,持续降低对钴资源的依赖。

除此之外,中创新航还将推出新型磷酸锰铁锂电池以及持续提升公司高压三元电池性能,减少对于镍的依赖,用极少的资源做到电池能量最大化。

在制造层面,中创新航还引入极简制造、极限制造、智能制造三大概念,通过简化产品设计、优化制造工艺和提升产线智能制造水平等方式,满足公司TWh时代动力电池大规模制造的要求。

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关键字:锂电池

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