[01485282]高安全性、长寿命锂离子电池的关键技术

1、课题来源与背景 新能源技术是能源危机与能源结构转型的重要抓手,锂离子电池是目前最为重要的储能技术。本项目属新能源方向中的化学电源技术领域。从正极、负极和电池结构优化角度对目前锂离子电池相关技术进行了全面创新,发展了一系列高安全性、长循环和高容量锂离子电池电极材料的制备技术,建立了一套材料、电解液的优化匹配方法,通过结构优化突破了国际上的规模瓶颈,获得了高安全性、长寿命的锂离子电池,是高比能锂二次电池研究的重要突破和进展。极大推动了锂离子电池产业的技术革新,满足了新能源汽车等领域对锂离子电池高安全性、长寿命和高能量的要求,有效推动我国新能源产业的发展。具有重大的科学意义。 2、技术原理及性能指标 目前,国内外锂离子电池普遍存在的问题主要有：耐过充、过放、短路、热冲击性能差;电池容量有限,循环寿命和安全性能差;电池质量和尺寸受制约以及成本高等。针对以上存在的问题,课题组从1996年开始就开展了高比能、长寿命、高安全性锂离子电池。在国家自然科学基金、教育部博士点基金等多个项目的支持下,经过多年的努力,我们发明高性能钛酸锌锂负极材料的新型制备技术,通过溶胶-凝胶、熔融盐等方法制备高容量、高倍率和长循环的钛酸锌锂;实现钛酸锌锂的掺杂,大幅提高充放电过程中材料晶体结构的稳定性;发明硒/石墨烯以及石墨烯/氧化镍复合层状电极的制备技术,实现大容量、高倍率碳基先进电极材料的构建,并开发了废旧电池回收制备高附加值石墨烯技术。设计电池圆柱形外形,优化设计电池内部结构,合理匹配高电位正极（磷酸钒锂等）和“零应变”钛酸锂负极材料,获得高安全性和长寿命的大容量锂离子电池,其循环寿命长、热稳定性好、比能量高、散热性好、安全性高。 项目通过对上述技术方案研究,开发了一系列高性能锂离子电池电极材料制备技术,针对高安全性和长寿命锂离子电池的迫切需求,通过电池外形设计与内部结构合理优化,实现了高安全性和长寿命锂离子电池的制造,已形成完全自主知识产权的系列电极材料产品和电池产品,具有国际先进水平,并成功应用到相关企业,提高了我国和我市在锂离子电池技术上的国际竞争力,对实现可持续发展战略,缓和能源危机和减轻环境污染的压力具有极其重要的意义。 3、技术创造性与先进性 本项目所涉及钛酸锌锂制备技术、石墨烯基电极材料制备技术以及高安全性、长寿命锂离子电池的材料匹配、结构优化设计技术都属于原创性技术,并形成相关专利群。通过电池结构优化和技术创新,大幅降低了电池装配材料成本,安全性也得到大幅提升。相关技术在企业进行产业化应用,效果显著优于国内外同类产品,处于世界先进水平,技术经济指标很高。 4、技术的成熟程度,适用范围和安全性 研究开发内容包括电极材料制备、全电池材料匹配、电池外形与内部结构设计优化、电池性能（能量、寿命、安全性等）全面评估、企业应用的全链条研究路线。配套文件齐全,研究开发内容完整,技术成熟度高。同时,本项目涉及电极材料具有高安全性、长寿命的特点,所得电池通过针刺试验,无起火爆炸等现象,安全性高,这也是本项目的一大特点。 5、应用情况及存在的问题 目前相关发明专利应用到东莞市迈科新能源有限公司生产实践中,分别生产了以磷酸铁锂、磷酸钒锂、锰酸锂和三元材料为正极的二十多种不同规格和型号的锂离子电池。开发了多种类型的新产品,成功地解决了锂离子电池要求比能量高、长循环性能、安全可靠和低温性能好等一些关键技术问题。大大改善和提高了原有产品的性能,明显地提升了产品的合格率,降低了能耗和节约了生产成本,大大增强了产品的市场竞争力。经过激烈的竞争,目前产品已成功进入美国苹果手机、亚马孙电子书和富士康笔记本电池等一些高端客户群,应用和推广效果高。 存在的问题： （1）高性能钛酸锌锂负极材料的制备,其所的材料粒径均一,但是粒径若能进一步减小,所的材料的电化学性能将进一步得到提升。 （2）虽然可以利用硒化氢还原氧化石墨烯来制备硒/石墨烯电极材料,但是硒化氢的有效收集以及如何避免气体使用过程中的污染是下一步的方向。 （3）如何在保持高安全性和长寿命的基础上,通过正负极的匹配及电池结构进一步优化获得高比能量的锂离子电池是研究的重点