[00113193]低成本高安全长寿命三元系储能锂二次电池

①课题来源与背景; 能源短缺和环境污染是当今世界最为关注的二大难题。其中,能源是国民经济发展和人民生活水平提高的重要物质基础,而能源资源的有限性和开发利用带来的环境问题,严重制约着经济和社会的可持续发展。因此,开发新能源迫在眉梢。相对于其它的储能设备,锂离子电池具有能量密度大、自放电小、没有记忆效应、工作温度范围宽、可快速充放电、使用寿命长、环境污染小等优点。然而锂离子电池的能量密度和安全性仍有待提高。锂离子电池的正负极材料选择非常广泛,其中高镍三元镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂（镍在三元素中比例大于50%）因价格低廉、综合性能好引起广泛的关注。然而,高镍三元正极材料循环稳定性差,安全性能低,限制了其大规模应用。三元系锂离子电池给锂离子电池产业提供了前所未有的机遇,而锂离子电池产业突破,其首先需要解决的而是电池材料与电解液的匹配与安全性能的突破。本项目正是基于此,对高镍三元系正极材料关键材料以及相应的电解液的产业化关键技术进行攻关。针对以上问题,本项目顺应了锂离子电池发展的大趋势,提出了低成本高安全长寿命三元系储能锂二次电池该项目申报。其中最重要的是三元系储能电池与国家长远的能源政策相一致,从政策上而言,三元系储能电池体系的探究将会成为目前锂离子电池领域的重点之一。有机地结合企业与校内的科研水平及长处,对三元系储能电池的进一步开发及应用将会有很大的帮助。 ②研究目的与意义; 本项目以高容量、低成本电极材料及相匹配的电解液制备和应用技术开发的市场需求为为导向,基于高镍三元镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂（镍在三元素中比例大于50%）与相匹配的电解液制备和应用技术开发,提升电池的能量密度,循环性能与安全性能;基于电极制备工艺和废旧电池回收应用与技术的开发,降低电池的生产和使用成本。应用开发技术,实现正极材料与功能性电解液的大规模生产应用。 ③主要技术指标; 3.1. 3.0～4.2V之间100%DOD,充放电次数2000次,剩余容量/初始容量＞91%; 3.2. 4.639Ah*3.7V/0.089=192.8wh/kg,符合≥150Wh/kg要求; 3.3. 产品工作温度范围达到-20~60℃。 ④项目主要创新点; 4.1 应用高镍三元镍钴锰酸锂或者镍钴铝酸锂（镍在三元素中比例大于50%）,实现锂二次电池的高能量密度; 4.2在三元系电池采用碳气凝胶作为导电材料,利用气凝胶的碳纤维形成良好的导电网络,改善材料颗粒之间的接触,在保证锂二次电池高能量密度的同时,也保证了高的功能密度,从而改善电池和电池组的功率特性; 4.3应用多功能（界面成膜、阻燃及稳定）电解液添加剂如Diethyl （thiophen-2-ylmethyl） phosphonate（2-（噻吩甲基）膦酸二乙酯）,改善三元系锂二次电池的安全特性和优化循环特性,提升安全性能,延长使用寿命; 4.4模化生产将存在诸多不确定影响因素,本项目将实行全自动在线监测,并引入机器人进行部分工序操作,大大降低人为因素; 4.5项目率先提出以碳气凝胶作为导电剂与应用多功能（界面成膜、阻燃及稳定）电解液添加剂构建低成本高安全长寿命三元系储能锂二次电池。项目攻关团队包含了正负极材料、电解液和电池企业和研究团队,结合各自优势领域进行深入合作,进行电池体系革新和设计,项目成果将以整体方案的形式在下游应用直接应用,可实现无缝对接。项目的成功实施将对其它产学研和产业链联合攻关项目具有借鉴意义。 ⑤社会经济效益,存在的问题; （1）项目实施过程中完成累计新增销售收入3290.84万元;累计新增利税202.41万元。 （2）该项目产品用于储能系统可取代原有磷酸铁锂电池体系,通过不断优化改善产品循环寿命后续可达到4000次,超过磷酸铁锂电池的2000次;加之三元材料电池电压为3.6V高于磷酸铁锂3.2V;单体26650电池容量可达到4500-5000mAh,远高于磷酸铁锂的3000-3300 mAh;综合评估,使用该项目开发产品用于储能系统可将产品成本降低30%以上;随着后续标准产业化推广系统电池成本预期可降低50%,实现产品质保10年以上（现磷酸铁锂系统质保5-7年）。 存在问题： （1）锂电池原材料价格波动及国家政策导向可能会对未来发展造成一定影响。 （2）全自动产线的到位进度及使用效果可能会对未来推广进度造成一定影响。