受得了炎熱氣候、扛得住冰天雪地、充電快速、成本還低，如此“能打”的鋰電池即將出現(xiàn)在消費(fèi)者眼前。5月24日，記者從中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院獲悉，該院研究員唐永炳團(tuán)隊(duì)的一項(xiàng)新型鋰離子電池技術(shù)完成規(guī)模化量產(chǎn)，規(guī)模化量產(chǎn)的產(chǎn)品合格率達(dá)到99.11%，過(guò)程各工序合格率均99%以上。
團(tuán)隊(duì)表示，這是我國(guó)首款具有寬溫域、低成本、長(zhǎng)壽命的電芯產(chǎn)品，有望打破電池產(chǎn)業(yè)格局。
適應(yīng)環(huán)境溫差“橫跨”150℃
從汽車(chē)到電子產(chǎn)品，鋰離子電池早已滲透到人們生活，為衣食住行提供“動(dòng)力”。據(jù)工信部賽迪研究院近日發(fā)布的《2021中國(guó)鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展指數(shù)白皮書(shū)》顯示，我國(guó)已連續(xù)五年成為全球最大的鋰電池消費(fèi)市場(chǎng)。
然而，受電池關(guān)鍵材料的限制，目前鋰離子電池的一大局限是，在0℃以下的低溫條件下無(wú)法充電，而在50℃以上的高溫條件下，安全性又很難保障。我國(guó)幅員遼闊，氣溫隨地域和季節(jié)變化大，北方地區(qū)冬季溫度可以低至-40℃以下，而南方地區(qū)夏季地表溫度高達(dá)50℃以上，冬季電動(dòng)車(chē)無(wú)法啟動(dòng)、智能手機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)，夏季電動(dòng)車(chē)自燃等情況頻發(fā)。
為此，唐永炳團(tuán)隊(duì)歷時(shí)近10年，研發(fā)出既抗凍又耐熱的新型鋰離子電池技術(shù)，最低工作溫度可以達(dá)到-70℃，而最高工作溫度高達(dá)80℃，且低溫與高溫性能可同時(shí)兼顧。
據(jù)悉，該產(chǎn)品的高低溫性能、循環(huán)壽命、安全性能等各項(xiàng)指標(biāo)，均已通過(guò)第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測(cè)，并獲得ISO9001、GB31241-2014、IEC62133-2:2017、UN38.3等標(biāo)準(zhǔn)和資質(zhì)認(rèn)證。
研發(fā)關(guān)鍵負(fù)極材料
新型電池“新”在何處？團(tuán)隊(duì)主要從負(fù)極材料和電解液上下功夫。
據(jù)了解，目前電池的正極材料相關(guān)技術(shù)已接近“天花板”，要提升性能，負(fù)極材料尚有發(fā)展空間。為此，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種新型鋁基復(fù)合負(fù)極材料，通過(guò)與商用鋰離子電池正極材料匹配，針對(duì)不同應(yīng)用場(chǎng)景，成功開(kāi)發(fā)出新型錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元電池等產(chǎn)品。
“我們開(kāi)發(fā)的電池產(chǎn)品除了耐熱抗凍的特性以外，還具有高安全、長(zhǎng)續(xù)航、快充和低成本的優(yōu)勢(shì)?！痹搱F(tuán)隊(duì)表示。
在安全性能方面，常規(guī)鋰電池隨著不斷使用，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生鋰枝晶，既影響充電能力，還可能刺穿隔膜，引發(fā)電池短路等。而團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新型鋁基負(fù)極，在低溫和過(guò)充條件下能有效緩解鋰枝晶的產(chǎn)生，提高了安全性。
在續(xù)航性能上，得益于鋁基負(fù)極材料高的理論容量，該電池能量密度較傳統(tǒng)鋰離子電池提升13%～25%，能做到長(zhǎng)續(xù)航。此外，由于鋁基復(fù)合負(fù)極優(yōu)異的導(dǎo)電性能，產(chǎn)品還表現(xiàn)出不俗的快充性能，20分鐘即可充滿(mǎn)電，為半小時(shí)充電需求提供了解決方案。
成本方面，基于鋁基復(fù)合負(fù)極的性能優(yōu)勢(shì)，并結(jié)合開(kāi)發(fā)的高性能電解液，低溫電池產(chǎn)品可以擺脫對(duì)昂貴的納米級(jí)正極材料的依賴(lài)，電池成本可以降低10%-30%。
應(yīng)用場(chǎng)景“上天入地”
據(jù)悉，本次量產(chǎn)是應(yīng)某電動(dòng)車(chē)客戶(hù)要求，提供了批量電芯進(jìn)行深度性能評(píng)估，相關(guān)性能評(píng)估已滿(mǎn)足使用需求。
事實(shí)上，緊貼市場(chǎng)需求，是團(tuán)隊(duì)一直以來(lái)的堅(jiān)持?！坝行﹫?chǎng)景需要零下40攝氏度也能正常充放電，而有些則在長(zhǎng)循環(huán)方面提出了更高要求。圍繞核心技術(shù)，結(jié)合實(shí)際情況，我們對(duì)產(chǎn)品不斷作出調(diào)整?！眻F(tuán)隊(duì)表示。相關(guān)產(chǎn)品可以應(yīng)用于光伏儲(chǔ)能、家庭儲(chǔ)能、通訊基站儲(chǔ)能、軌道交通、國(guó)防建設(shè)、航天航空、極地科考等領(lǐng)域，尤其適用于高寒地區(qū)及亞熱帶地區(qū)，顯著擴(kuò)大了電池的應(yīng)用范圍。
據(jù)悉，相關(guān)研究成果在Nature Chemistry、Nature Communications、Advanced Materials等國(guó)際期刊，已發(fā)表高水平SCI論文90余篇；同時(shí)圍繞相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)全面的知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局，形成了180余項(xiàng)包括PCT專(zhuān)利、中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利、美歐日韓專(zhuān)利在內(nèi)的專(zhuān)利池，已獲得授權(quán)專(zhuān)利120余項(xiàng)。
此外，據(jù)深圳先進(jìn)院轉(zhuǎn)化處處長(zhǎng)吳小麗介紹，基于新型電池技術(shù)，團(tuán)隊(duì)的23項(xiàng)相關(guān)專(zhuān)利依托深圳先進(jìn)院，以知識(shí)產(chǎn)權(quán)作價(jià)6500萬(wàn)元，成功實(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化，于2017年3月成立深圳中科瑞能實(shí)業(yè)有限公司，獲現(xiàn)金投資2500萬(wàn)元，注冊(cè)資本1億元。目前，項(xiàng)目正在進(jìn)行增資擴(kuò)股洽談，進(jìn)一步建成新型電池規(guī)?；a(chǎn)線，快速推動(dòng)新型電池產(chǎn)品在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。
國(guó)際儲(chǔ)能材料及電化學(xué)著名權(quán)威專(zhuān)家、美國(guó)德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校教授Arumugam Manthiram在其綜述論文中指出，“該成果首次提出了雙功能鋁基負(fù)極的概念，匹配商業(yè)化正極如鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等，電池表現(xiàn)出優(yōu)異的長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性，使得鋁基電池具有巨大的應(yīng)用潛力”。