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鋰離子電池技術實現新突破 工作溫度可低至零下70攝氏度

   2023-12-06 中國能源報盧奇秀50510
核心提示:新型鋁基鋰離子電池已實現儲能、動力等多個應用領域的規模化量產

如何提高鋰離子電池的溫度適應性能,一直是行業研究的熱點和難點。近日,在第25屆中國國際高新技術成果交易會上,一款由中國科學院深圳先進技術研究院(以下簡稱“深圳先進院”)最新研發的新型鋰離子電池,可經受“冰火兩重天”考驗,引發業內關注。

深圳先進院副研究員張帆向《中國能源報》記者介紹,團隊歷時10年研發,現已量產出我國首款寬溫域、低成本、長壽命的電芯產品——新型鋁基鋰離子電池,其最低工作溫度可達零下70攝氏度,最高工作溫度可達零上80攝氏度。

據了解,受材料限制,傳統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。在低溫環境中,傳統鋰離子電池會出現容量衰減、循環壽命縮短、充電困難等問題。而我國幅員遼闊,氣溫隨地域和季節變化較大,傳統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,產品高低溫性能、循環壽命、安全性能等各項指標均已通過第三方權威機構檢測,并于今年5月實現量產。”

新型鋰離子電池究竟“新”在何處?據張帆介紹,主要是在負極材料和電解液方面做文章。傳統鋰電池負極通常采用石墨類材料,具有循環穩定性好、低成本優勢,但同時存在比容量低、擴散速度較慢的缺點。基于此,深圳先進院研發出一種新型鋁基復合負極材料,通過與商用鋰電池正極材料匹配,針對不同應用場景研發相應電解液體系,成功開發出新型鋁基-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品。

張帆指出,新型鋁基鋰離子電池還具有低溫充電、長續航、快充等優勢。在低溫充電性能上,新型鋁基電池產品實現了零下30攝氏度低溫正常充電;在續航性能上,得益于鋁基負極材料高理論容量,電池能量密度較傳統鋰離子電池提升13%-25%,能做到長續航。此外,由于鋁基復合負極優異的導電性能,產品還能實現20分鐘充滿電,為半小時充電需求提供了解決方案。

在價格方面,與目前主流的鋰離子電池相比,新型鋁基鋰離子電池價格高5%-10%。但對比目前市場上其他低溫電池產品,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,傳統鋰離子電池在過充或低溫條件下容易產生鋰枝晶,可能刺穿隔膜,帶來電池短路等隱患。而新型鋁基負極在過充或低溫條件下能有效緩解鋰枝晶的產生,提高安全性。”張帆說。

不過,雖然新型鋁基鋰離子電池理論優勢明顯,但其應用還有待市場驗證。

“新型鋁基鋰離子電池容量還有進一步提升空間。電池容量提升會導致鋁出現膨脹粉化問題,穩定性會有所下降。”有業內人士指出,如何平衡容量和循環壽命的關系,是下一代新型鋁基鋰離子電池研發攻關的重點工作。

針對適用場景,張帆表示,新型鋁基鋰離子電池可以應用于光伏儲能、家庭儲能、通訊基站儲能、軌道交通、航天航空、極地科考等領域,尤其在高寒地區等細分市場獨具優勢。

張帆指出,新型鋁基鋰離子電池已實現儲能、動力等多個應用領域的規模化量產,并在我國東北等地的分布式儲能領域開展應用示范。但他同時坦言,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超寬溫域電芯和模組制造基地項目,一期產能0.2GWh,預計明年正式投產,二期產能2GWh,以快速推動新型鋁基鋰離子電池產品的應用推廣。”

 
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