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)在消費者眼前。5月24日，記者從中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院獲悉，該院研究員唐永炳團隊的一項新型鋰離子電池技術(shù)完成規(guī)?；慨a(chǎn)，規(guī)?；慨a(chǎn)的產(chǎn)品合格率達到99.11%，過程各工序合格率均99%以上。
團隊表示，這是我國首款具有寬溫域、低成本、長壽命的電芯產(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“動力”。據(jù)工信部賽迪研究院近日發(fā)布的《2021中國鋰電產(chǎn)業(yè)發(fā)展指數(shù)白皮書》顯示，我國已連續(xù)五年成為全球最大的鋰電池消費市場。
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法充電，而在50℃以上的高溫條件下，安全性又很難保障。我國幅員遼闊，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50℃以上，冬季電動車無法啟動、智能手機自動關(guān)機，夏季電動車自燃等情況頻發(fā)。
為此，唐永炳團隊歷時近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到-70℃，而最高工作溫度高達80℃，且低溫與高溫性能可同時兼顧。
據(jù)悉，該產(chǎn)品的高低溫性能、循環(huán)壽命、安全性能等各項指標(biāo)，均已通過第三方權(quán)威機構(gòu)檢測，并獲得ISO9001、GB31241-2014、IEC62133-2:2017、UN38.3等標(biāo)準和資質(zhì)認證。
研發(fā)關(guān)鍵負極材料
新型電池“新”在何處？團隊主要從負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，負極材料尚有發(fā)展空間。為此，團隊研發(fā)了一種新型鋁基復(fù)合負極材料，通過與商用鋰離子電池正極材料匹配，針對不同應(yīng)用場景，成功開發(fā)出新型錳酸鋰、磷酸鐵鋰和三元電池等產(chǎn)品。
“我們開發(fā)的電池產(chǎn)品除了耐熱抗凍的特性以外，還具有高安全、長續(xù)航、快充和低成本的優(yōu)勢?！痹搱F隊表示。
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。而團隊開發(fā)的新型鋁基負極，在低溫和過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%，能做到長續(xù)航。此外，由于鋁基復(fù)合負極優(yōu)異的導(dǎo)電性能，產(chǎn)品還表現(xiàn)出不俗的快充性能，20分鐘即可充滿電，為半小時充電需求提供了解決方案。
成本方面，基于鋁基復(fù)合負極的性能優(yōu)勢，并結(jié)合開發(fā)的高性能電解液，低溫電池產(chǎn)品可以擺脫對昂貴的納米級正極材料的依賴，電池成本可以降低10%-30%。
應(yīng)用場景“上天入地”
據(jù)悉，本次量產(chǎn)是應(yīng)某電動車客戶要求，提供了批量電芯進行深度性能評估，相關(guān)性能評估已滿足使用需求。
事實上，緊貼市場需求，是團隊一直以來的堅持?！坝行﹫鼍靶枰阆?0攝氏度也能正常充放電，而有些則在長循環(huán)方面提出了更高要求。圍繞核心技術(shù)，結(jié)合實際情況，我們對產(chǎn)品不斷作出調(diào)整?！眻F隊表示。相關(guān)產(chǎn)品可以應(yīng)用于光伏儲能、家庭儲能、通訊基站儲能、軌道交通、國防建設(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等國際期刊，已發(fā)表高水平SCI論文90余篇；同時圍繞相關(guān)技術(shù)進行了系統(tǒng)全面的知識產(chǎn)權(quán)布局，形成了180余項包括PCT專利、中國發(fā)明專利、美歐日韓專利在內(nèi)的專利池，已獲得授權(quán)專利120余項。
此外，據(jù)深圳先進院轉(zhuǎn)化處處長吳小麗介紹，基于新型電池技術(shù)，團隊的23項相關(guān)專利依托深圳先進院，以知識產(chǎn)權(quán)作價6500萬元，成功實現(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業(yè)有限公司，獲現(xiàn)金投資2500萬元，注冊資本1億元。目前，項目正在進行增資擴股洽談，進一步建成新型電池規(guī)?；a(chǎn)線，快速推動新型電池產(chǎn)品在多種領(lǐng)域的應(yīng)用。
國際儲能材料及電化學(xué)著名權(quán)威專家、美國德克薩斯大學(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)異的長循環(huán)穩(wěn)定性，使得鋁基電池具有巨大的應(yīng)用潛力”。