深圳先进院新型锂离子电池成功量产

heku

受得了炎热气候、扛得住冰天雪地、充电快速、成本还低，如此“能打”的锂电池是真实存在的！5月24日，记者从中国科学院深圳先进技术研究院获悉，该院碳中和（筹）研究所唐永炳研究员团队的一项新型唐永炳技术，于2022年5月24日完成了规模化量产。统计数据表明，本次规模化量产的产品合格率达到99.11%，过程各工序合格率均99%以上。
　　团队表示，这是我国首款具有宽温域、低成本、长寿命的电芯产品，有望打破电池产业格局。
　　适应环境温差“横跨”150℃
　　从汽车到电子产品，锂离子电池早已渗透到人们生活，为衣食住行提供“动力”。据工信部赛迪研究院近日发布的《2021中国锂电产业发展指数白皮书》显示，我国已连续五年成为全球最大的锂电池消费市场。
　　然而，受电池关键材料的限制，目前锂离子电池的一大局限是，在零度以下的低温条件下无法充电，而在50℃以上的高温条件下，安全性又不能保障。我国幅员辽阔，气温随地域和季节变化大，北方地区冬季温度可以低至-40℃以下，而南方地区夏季地表温度高达50℃以上，冬季电动车无法启动、智能手机自动关机，夏季电动车自燃等情况频发。
　　为此，唐永炳研究员团队历时近10年，研发出了既抗冻又耐热的新型锂离子电池技术，最低工作温度可以达到-70℃，而最高工作温度高达80℃，而且低温与高温性能可以同时兼顾。
　　据悉，该产品的高低温性能、循环寿命、安全性能等各项指标，均已通过第三方权威机构检测，并获得ISO9001、GB31241-2014、IEC 62133-2:2017、UN38.3等标准和资质认证。

新型电池规模化产线局部（左）及批量测试（右）

新型电池高低温性能测试（左：-70℃测试，右：80℃测试）

　　研发关键负极材料
　　新型电池“新”在何处？团队主要从负极材料和电解液上下功夫。
　　据了解，目前电池的正极材料相关技术已接近“天花板”，要提升性能，负极材料尚有发展空间。为此，团队研发了一种新型铝基复合负极材料，通过与商用锂离子电池正极材料匹配，针对不同应用场景，成功开发出了新型锰酸锂、磷酸铁锂和三元电池等产品。
　　“我们开发的电池产品除了耐热抗冻的特性以外，还具有高安全、长续航、快充和低成本的优势。”该团队表示。
　　在安全性能方面，常规锂电池随着不断使用，内部会产生锂枝晶，既影响充电能力，还可能刺穿隔膜，带来电池短路等隐患。而团队开发的新型铝基负极，在低温和过充条件下能有效缓解锂枝晶的产生，提高了安全性。
　　在续航性能上，得益于铝基负极材料高的理论容量，该电池能量密度较传统锂离子电池提升13%～25%，能做到长续航。此外，由于铝基复合负极优异的导电性能，产品还表现出不俗的快充性能，20分钟即可充满电，为半小时充电需求提供了解决方案。
　　在成本方面，基于铝基复合负极的性能优势，并结合开发的高性能电解液，低温电池产品可以摆脱对昂贵的纳米级正极材料的依赖，电池成本可以降低10%-30%。
　　应用场景“上天入地”
　　据悉，本次量产是应某电动车客户要求，提供了批量电芯进行深度性能评估，相关性能评估已满足使用需求。
　　事实上，紧贴市场需求，是团队一直以来的坚持。“有些场景需要零下40摄氏度也能正常充放电，而有些则在长循环方面提出了更高要求。围绕核心技术，结合实际情况，我们对产品不断作出调整。”团队表示。相关产品可以应用于光伏储能、家庭储能、通讯基站储能、轨道交通、国防建设、航天航空、极地科考等领域，尤其适用于高寒地区及亚热带地区，显著扩大了电池的应用范围。
　　据悉，相关研究成果在Nature Chemistry, Nature Communications, Advanced Materials等国际期刊，已发表高水平SCI论文90余篇（影响因子＞10论文60余篇）；同时围绕相关技术进行了系统全面的知识产权布局，形成了180余项包括PCT专利、中国发明专利、美欧日韩专利在内的专利池，已获得授权专利120余项。
　　此外，据深圳先进院转化处处长吴小丽介绍，基于新型电池技术，团队的23项相关专利依托深圳先进院，以知识产权作价6500万元，成功实现了技术转移转化，于2017年3月成立了深圳中科瑞能实业有限公司（简称“中科瑞能”），获现金投资2500万元，注册资本1亿元。目前，项目正在进行增资扩股洽谈，进一步建成新型电池规模化产线，快速推动新型电池产品在多种领域的应用。
　　国际储能材料及电化学著名权威专家、美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授在其综述论文中指出，“该成果首次提出了双功能铝基负极的概念，匹配商业化正极如钴酸锂、磷酸铁锂、三元材料等，电池表现出优异的长循环稳定性，使得铝基电池具有巨大的应用潜力”。
       文章来源：深圳先进院
       唐永炳，中国科学院深圳先进技术研究院研究员，博士生导师，中心主任，国家优秀青年基金获得者，国家杰出青年基金获得者，广东省创新领军人才、广东省工程中心主任、深圳市工程实验室主任等。主要从事新型储能材料及器件、功能薄膜材料的研发与应用研究。主持国家自然基金、军委科技委、中科院项目等科研项目20余项。已发表论文190余篇，其中影响因子＞10论文86篇，H-index=59，总引>8935，27篇入选全球Top 1% ESI高被引论文，5篇入选热点论文（前1‰）。第一及通讯作者代表性论文发表于Nat. Chem.,Nat.Commun., Adv. Mater.，Angew Chem., Adv. Energy Mater.，Natl. Sci. Rev.，Nano Lett.，ACS Nano，Adv. Funct. Mater.等材料及能源领域知名国际期刊，其中15篇被选为封面文章。申请专利418项，其中，中国发明专利269项，美国欧盟日韩专利12项，申请PCT专利52项。授权专利共169项。其中26项发明专利依托单位作价6518万实现了转移转化，相关产品已通过第三方权威机构的检测和用户实测,已进入市场推广和销售阶段。研发的“柔性超快充放电池”被第十九届高交会专家委员会从1000个推荐产品中评为“十大人气产品奖”和“优秀产品奖”。