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高容量高镍正极材料与动力电池单体开发突破瓶颈

导读: 近日,从科学技术部官网获悉,我国国内一支电池研发团队已设计研发出一款高比能量动力锂离子电池,可将电动车行驶里程提高一倍,大幅提升动力电池的使用效率,为促进新能源车普及和推广起到巨大的帮助作用。

高容量高镍正极材料与动力电池单体开发突破瓶颈

近日,从科学技术部官网获悉,我国国内一支电池研发团队已设计研发出一款高比能量动力锂离子电池,可将电动车行驶里程提高一倍,大幅提升动力电池的使用效率,为促进新能源车普及和推广起到巨大的帮助作用。

据了解,该研发团队通过基础配方实验,解决了高镍系材料放电比容量低、首效低的技术难题,并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、配方调整等关键技术,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大于等于206mAh/g、首效大于等于90%、振实密度大于等于2.1g/cm3、磁性杂质含量小于等于40ppb、pH小于等于11.7。

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,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,大幅降低因组分突变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。

在此基础上,该目团队利用高性能氧化镍钴铝锂(NCA)作为电池正极材料,满足动力电池能量密度和安全性要求,又在使用氧化镍钴铝锂(NCA)作为正极材料研究的基础上,开发出高比能量、长循环寿命、良好安全性能的锂离子动力电池,用高镍系正极材料通过纳米制备、纳米分散、包覆及预嵌锂等多种技术,研制出容量高、首次效率高、循环稳定性及倍率性能好的硅碳负极材料,并在该体系基础上开发了电芯单体比能量达到302Wh/Kg,体积能量密度大642Wh/L,25℃下1C充放电循环710次(100%DOD),容量保持率达到80%;同时通过优化电解液配方,循环性能明显改善,目前循环285次(100%DOD)容量保持率高达96%。

这一成果为开发比能量300Wh/kg、循环寿命1500次的锂离子电池单体奠定了科学基础。

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