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下一代電池的新挑戰(zhàn)是攻關(guān)更高容量、更穩(wěn)定的正負(fù)極材料以及更安全的電解質(zhì)。

基于材料體系優(yōu)化和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新等方式，動(dòng)力電池的整體性能還在不斷迭代更新。

目前，部分電池企業(yè)量產(chǎn)的LFP電芯比能量已經(jīng)突破200Wh/kg，系統(tǒng)能量密度達(dá)160Wh/kg；三元電池的電芯比能量最高超300Wh/kg，系統(tǒng)能量密度已經(jīng)超200Wh/kg。

不過，目前以三元、磷酸鐵鋰為主的主流正極材料的克容量與其它性能發(fā)揮已經(jīng)接近其理論值。下一代電池的新挑戰(zhàn)是攻關(guān)更高容量、更穩(wěn)定的正負(fù)極材料以及更安全的電解質(zhì)。

這其中，高容量硫正極、長循環(huán)鋰金屬負(fù)極及全固態(tài)電解質(zhì)技術(shù)是下一代高能量密度電池的突破關(guān)鍵。

“目前，可產(chǎn)業(yè)化的高能量密度電池體系選擇有限，以高電壓鈷酸鋰、高鎳三元和硫正極三種正極搭配鋰金屬負(fù)極的材料體系，有望成為2030年中國動(dòng)力電池計(jì)劃達(dá)到500Wh/kg的目標(biāo)的可靠選擇。”

中創(chuàng)新航技術(shù)研究院儲(chǔ)能材料研發(fā)部負(fù)責(zé)人彭祖鈴表示，受限于鈷材料資源緊缺問題，下一代可產(chǎn)業(yè)化的高能量密度電池將聚焦到高鎳全固態(tài)電池或鋰硫電池。

在近日舉行的第十五屆高工鋰電產(chǎn)業(yè)峰會(huì)上，中創(chuàng)新航介紹了其在下一代高能量密度電池方面的研發(fā)最新進(jìn)展。

“卡位”下一代動(dòng)力電池

鋰硫電池具有超高的理論比容量（2552Wh/kg），不使用鎳和鈷，安全無毒，被認(rèn)為是最具潛力的下一代高能量電池體系之一，成為電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。

但是鋰硫電池在充放電過程中產(chǎn)生的可溶性多硫化合物會(huì)導(dǎo)致“穿梭效應(yīng)”，硫自身較差的電子電導(dǎo)、充放電前后電極較大的體積膨脹等因素，會(huì)導(dǎo)致鋰硫電池的容量快速衰減，阻礙其商業(yè)化發(fā)展。

因此，開發(fā)具有高導(dǎo)電性，同時(shí)對(duì)“穿梭效應(yīng)”具有較強(qiáng)弱化能力的正極材料，是實(shí)現(xiàn)高性能鋰硫電池產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。

高工鋰電關(guān)注到，中創(chuàng)新航在高能量密度鋰硫電池研發(fā)方向在行業(yè)內(nèi)已具備先發(fā)優(yōu)勢。

中創(chuàng)新航從第一性原理出發(fā)，自主設(shè)計(jì)出一維到三維結(jié)構(gòu)的高容量長壽命鋰硫正極材料，以及創(chuàng)新的復(fù)合正極極片，同時(shí)兼具關(guān)鍵主材宏量制備的能力。


在此基礎(chǔ)上，中創(chuàng)新航實(shí)現(xiàn)了20Ah以上軟包鋰硫電池從材料到電芯的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)能力。該鋰硫電池表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫性能，在零下-40℃可發(fā)揮80%的容量，具有超低溫使用前景。


目前，國內(nèi)外在鋰硫電池領(lǐng)域的專利申請(qǐng)持續(xù)升溫，而中創(chuàng)新航在鋰硫電池領(lǐng)域的專利申請(qǐng)數(shù)量也快速增長，數(shù)據(jù)顯示，在全球鋰硫電池專利公開數(shù)量排名中，中創(chuàng)新航位居第二，僅次于LG化學(xué)。

除了鋰硫電池之外，中創(chuàng)新航在全固態(tài)電池技術(shù)的研究方面也取得重大突破。

彭祖鈴介紹，中創(chuàng)新航在全固態(tài)電解質(zhì)方面積累了大量的技術(shù)，尤其是材料微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、形貌控制以及可控制造方面，目前成功開發(fā)的全固態(tài)電解質(zhì)的室溫離子電導(dǎo)率最高達(dá)6mS /cm，可以與液態(tài)電解液相媲美。

在此基礎(chǔ)上，中創(chuàng)新航創(chuàng)新設(shè)計(jì)的離子緩沖層，以及正極界面包覆技術(shù)可將全固態(tài)電解質(zhì)的電壓窗口拓寬至4.7V以上，兼容高電壓正極或高鎳正極。

與此同時(shí)，中創(chuàng)新航在鋰金屬負(fù)極研究方面也取得積極進(jìn)展。同等條件下，中創(chuàng)新航自研的超薄鋰合金負(fù)極與國內(nèi)機(jī)構(gòu)對(duì)比具有明顯優(yōu)勢。


以上自研的固態(tài)電解質(zhì)、正極材料、超薄鋰合金負(fù)極研究進(jìn)展將促進(jìn)高能量密度電池技術(shù)發(fā)展，并帶來500Wh/kg高能量密度全固態(tài)電池的產(chǎn)業(yè)化可能性。

為開發(fā)下一代高能量密度電池，中創(chuàng)新航還專門打造了高能量密度鋰金屬電池研發(fā)平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)一站式方案設(shè)計(jì)與驗(yàn)證。

中創(chuàng)新航持續(xù)投入完善研發(fā)條件，一方面源于對(duì)新技術(shù)的探索和對(duì)下一代電池的希望；另一方面是看好未來面向特殊領(lǐng)域巨大的應(yīng)用價(jià)值，比如未來的高端動(dòng)力、高端儲(chǔ)能應(yīng)用市場、無人機(jī)市場等對(duì)能量密度要求較高的應(yīng)用場景，或者極寒苛刻環(huán)境下的超低溫應(yīng)用領(lǐng)域。

多元化技術(shù)儲(chǔ)備蓄力TWh時(shí)代

領(lǐng)跑下一代動(dòng)力電池技術(shù)開發(fā)的同時(shí)，中創(chuàng)新航也在持續(xù)加大現(xiàn)有材料體系的創(chuàng)新迭代，基于資源與性能的極致平衡，以及制造的高度協(xié)同，蓄力TWh大時(shí)代。

高工鋰電注意到，中創(chuàng)新航為廣汽乘用車旗下一款合創(chuàng)Z03車型配套的三元電池系統(tǒng)能量密度達(dá)到了205Wh/kg，并進(jìn)入《新能源汽車推廣應(yīng)用推薦車型目錄》（2022年第4批）。

這意味著中創(chuàng)新航率先邁入了三元電池系統(tǒng)能量密度超200Wh/kg“俱樂部”，并已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)裝車階段。

產(chǎn)業(yè)界的一致共識(shí)是，從技術(shù)的角度看，新能源汽車市場具有極強(qiáng)的復(fù)雜性與多樣性，這造就了動(dòng)力電池多技術(shù)路線并行的技術(shù)局面。

“應(yīng)用的多元化，一定會(huì)帶來技術(shù)路線的多元化。”中創(chuàng)新航董事長劉靜瑜表示，中創(chuàng)新航動(dòng)力電池技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)理念是能量與資源的極致平衡，主要體現(xiàn)在無鈷化、高錳化、高壓化、固態(tài)化四個(gè)方面。

其中，中創(chuàng)新航目前量產(chǎn)的三元電池已經(jīng)把鈷含量將到了7%，下一步將降低至5%，未來還將進(jìn)一步降低至3%，將鈷作為添加劑使用。同時(shí)，中創(chuàng)新航還將不斷擴(kuò)大磷酸鐵鋰、錳酸鋰等無鈷電池的應(yīng)用與推廣，持續(xù)降低對(duì)鈷資源的依賴。

除此之外，中創(chuàng)新航還將推出新型磷酸錳鐵鋰電池以及持續(xù)提升公司高壓三元電池性能，減少對(duì)于鎳的依賴，用極少的資源做到電池能量最大化。

在制造層面，中創(chuàng)新航還引入極簡制造、極限制造、智能制造三大概念，通過簡化產(chǎn)品設(shè)計(jì)、優(yōu)化制造工藝和提升產(chǎn)線智能制造水平等方式，滿足公司TWh時(shí)代動(dòng)力電池大規(guī)模制造的要求。

原標(biāo)題：中創(chuàng)新航下一代動(dòng)力電池開發(fā)“圖景”