我國研發(fā)的新型鋰離子電池,可經(jīng)受“冰火兩重天”考驗(yàn),引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注。
如何提高鋰離子電池的溫度適應(yīng)性能,一直是行業(yè)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。近日,在第25屆中國國際高新技術(shù)成果交易會(huì)上,一款由中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院(以下簡稱“深圳先進(jìn)院”)最新研發(fā)的新型鋰離子電池,可經(jīng)受“冰火兩重天”考驗(yàn),引發(fā)業(yè)內(nèi)關(guān)注。
深圳先進(jìn)院副研究員張帆向《中國能源報(bào)》記者介紹,團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10年研發(fā),現(xiàn)已量產(chǎn)出我國首款寬溫域、低成本、長壽命的電芯產(chǎn)品——新型鋁基鋰離子電池,其最低工作溫度可達(dá)零下70攝氏度 ,最高工作溫度可達(dá)零上80攝氏度。
據(jù)了解,受材料限制,傳統(tǒng)鋰離子電池的充電工作溫度在0攝氏度至45攝氏度、放電工作溫度在零下20攝氏度至零上60攝氏度。在低溫環(huán)境中,傳統(tǒng)鋰離子電池會(huì)出現(xiàn)容量衰減、循環(huán)壽命縮短、充電困難等問題。而我國幅員遼闊,氣溫隨地域和季節(jié)變化較大,傳統(tǒng)鋰離子電池使用范圍容易受到限制。
“與市場上低溫承受下限在零下20攝氏度左右的電池相比,新型電池工作溫度范圍更廣、低溫性能更好、成本更低。”張帆表示,“新型鋁基鋰離子電池既抗凍又耐熱,產(chǎn)品高低溫性能、循環(huán)壽命、安全性能等各項(xiàng)指標(biāo)均已通過第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測,并于今年5月實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。”
新型鋰離子電池究竟“新”在何處?據(jù)張帆介紹,主要是在負(fù)極材料和電解液方面做文章。傳統(tǒng)鋰電池負(fù)極通常采用石墨類材料,具有循環(huán)穩(wěn)定性好、低成本優(yōu)勢,但同時(shí)存在比容量低、擴(kuò)散速度較慢的缺點(diǎn)?;诖?,深圳先進(jìn)院研發(fā)出一種新型鋁基復(fù)合負(fù)極材料,通過與商用鋰電池正極材料匹配,針對(duì)不同應(yīng)用場景研發(fā)相應(yīng)電解液體系,成功開發(fā)出新型鋁基-磷酸鐵鋰電芯、鋁基-錳酸鋰電芯、鋁基-鈷酸鋰電芯和鋁基-三元電芯等超寬溫域電池產(chǎn)品。
張帆指出,新型鋁基鋰離子電池還具有低溫充電、長續(xù)航、快充等優(yōu)勢。在低溫充電性能上,新型鋁基電池產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了零下30攝氏度低溫正常充電;在續(xù)航性能上,得益于鋁基負(fù)極材料高理論容量,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(fù)極優(yōu)異的導(dǎo)電性能,產(chǎn)品還能實(shí)現(xiàn)20分鐘充滿電,為半小時(shí)充電需求提供了解決方案。
在價(jià)格方面,與目前主流的鋰離子電池相比,新型鋁基鋰離子電池價(jià)格高5%-10%。但對(duì)比目前市場上其他低溫電池產(chǎn)品,基于材料選擇,新型鋁基鋰離子電池成本則可以降低10%-30%。
“安全方面,傳統(tǒng)鋰離子電池在過充或低溫條件下容易產(chǎn)生鋰枝晶,可能刺穿隔膜,帶來電池短路等隱患。而新型鋁基負(fù)極在過充或低溫條件下能有效緩解鋰枝晶的產(chǎn)生,提高安全性。”張帆說。
不過,雖然新型鋁基鋰離子電池理論優(yōu)勢明顯,但其應(yīng)用還有待市場驗(yàn)證。
“新型鋁基鋰離子電池容量還有進(jìn)一步提升空間。電池容量提升會(huì)導(dǎo)致鋁出現(xiàn)膨脹粉化問題,穩(wěn)定性會(huì)有所下降。”有業(yè)內(nèi)人士指出,如何平衡容量和循環(huán)壽命的關(guān)系,是下一代新型鋁基鋰離子電池研發(fā)攻關(guān)的重點(diǎn)工作。
針對(duì)適用場景,張帆表示,新型鋁基鋰離子電池可以應(yīng)用于光伏儲(chǔ)能、家庭儲(chǔ)能、通訊基站儲(chǔ)能、軌道交通、航天航空、極地科考等領(lǐng)域,尤其在高寒地區(qū)等細(xì)分市場獨(dú)具優(yōu)勢。
張帆指出,新型鋁基鋰離子電池已實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能、動(dòng)力等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的規(guī)模化量產(chǎn),并在我國東北等地的分布式儲(chǔ)能領(lǐng)域開展應(yīng)用示范。但他同時(shí)坦言,整體來看,新型鋁基鋰離子電池還處于市場推廣階段。“目前在四川廣元市已啟動(dòng)超寬溫域電芯和模組制造基地項(xiàng)目,一期產(chǎn)能0.2GWh,預(yù)計(jì)明年正式投產(chǎn),二期產(chǎn)能2GWh,以快速推動(dòng)新型鋁基鋰離子電池產(chǎn)品的應(yīng)用推廣。”