[00148174]低成本、高性能低速车用锂离子动力电池产业化关键技术研发

①课题来源与背景 我国政府针对新能源汽车应用和推广相继推出多项政策,其中包括 《“十城千辆”节能与新能源汽车规模化推广应用工程》、《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》、《汽车产业调整和振兴规划》、《新能源汽车生产企业及产品准入管理规则》。预估计2018年《四轮低速电动车技术条件》国家标准正式实施后,国家将会把低速电动车正式纳入到新能源汽车的管理范围,这将为适用于低速电动车的锰酸锂电池的发展提供坚实的政策保障。 与其他充电电池相比,锂离子电池具有高能量密度、高电压、长寿命、无记忆效应等优点。随着锂电生产工艺和电池工艺及电池性能进一步提升,将占据储能电池、动力电池等领域的主要市场。且在未来几年里,随着下游需求侧行业的发展,尤其新能源汽车产业的快速发展,未来锂电池的需求仍将持续保持较高的增长速度。 ②技术原理及性能指标 技术原理： 能量密度及循环性能也将在于铅酸蓄电池的竞争中具有重要的作用,目前解决的方案主要包括正极材料改性、电解液匹配及改性、电池结构合理设计及生产工艺优化。 锰酸锂材料的高温循环和存储性能不佳是阻碍其大规模应用的最主要障碍,锰酸锂材料高温性能不佳一般认为主要是由Jahn-Teller 效应及钝化层的形成、氧缺陷、锰的溶解等原因引起的,所以公司致力于采用金属掺杂及氧化物表面包覆的方法对其性能进行改进。 常用的电解液匹配锰酸锂材料,容易在高电位下分解,在锰酸锂面形成Li2CO3 薄膜使电池极化增大,从而造成锰酸锂材料在循环过程中容量衰减。因此将优化筛选最适合于锰酸锂电池的高性能电解液,并对其进行添加改性。 性能指标： 锰酸锂电池重量3.5kg,使用寿命4年以上,存电容量是铅酸电池的3倍,续航能力比铅酸电池高10%,存储时间自放电10%,充电速度3小时,环保性能无污染。 铅酸蓄电池重量为16Kg,使用寿命一年半,存电容量是锂电的1/3,续航能力比锂电少10%,存储时间自放电25%,充电速度8小时,环保性能有铅、镉等深度污染。 ③技术的创造性与先进性 LMO与NCA/NMC共混是动力电池一个比较现实的解决方案。未解决这一问题在LMO里面共混11%NCA,GM的Volt也是加入了22%的NMC与LMO混合作为正极材料。因此,对其它高性能正极材料,尤其是三元正极材料与锰酸锂材料进行混合的配比优化,从而综合两种材料的优点,提供更高的电池性能,达到国际先进水平。 ④技术的成熟程度,适用范围和安全性 电池是一个体系,电池的性能发挥的如何,要依靠电池的各个组成部分协同配合才能达到最佳的电池运行状态。公司对锰酸锂动力电池结构的设计,主要包括各种参数计算和工艺制定。公司研究的低成本、高能量密度的锂离子电池为动力型电池。将服务于低速电动车、新能源物流车、电动自行车、高尔夫球车等动力工具。具体涉及以下行业： A.低速电动车行业 B.物流车、矿山车、叉车等特殊行业电动两轮及三轮摩托车行业 C.电动自行车行业 ⑤应用情况及存在的问题 引起LMO电池高温性能衰减的原因除了正极材料的结构因素之外,最直接的原因是溶解的Mn离子对于石墨负极的毒化。而Mn离子的溶解又与正极材料和电解液的相互作用直接相关,所以做好正极和电解液的匹配降低Mn的溶解程度从而减少对负极的破坏,是解决LMO高温性能的基本途径。对于不同种类的动力电池,需要确定不同类型的电解液,电解液有高温型、低温型、动力型、能量型、功率型等不同的种类,分别用在相应类型的动力电池上,根据选定的电池系列特性,结合具体设计电池方案,再结合相应的经验数据来确定电解液的组成、浓度和用量。 ⑥历年获奖情况 2017年获得6个实用新型专利分别为：一种充电式锂电池组件、一种锂电池、一种半固态锂电池、一种锂离子电池组、一种电池干燥脱水装置、一种新型锂离子电池;同时有10个正在受理发明专利分别为：一种新型电解液的配方、一种点焊机用金属冷却液、一种安全无毒型金属除锈剂、一种涂布机用冷凝剂、一种高效除锈剂配方、一种车用防冻玻璃水的配方即制备工艺、一种环保锂电池电解液的配方及其制备方法、一种锂电池电解液的配方及其制备方法、一种车坑涂胶机用冷却液、一种多电极杆式点焊机。 ⑦成果简介 解决了锰锰酸锂电池的能量密度以及循环性能不够高,尤其是高温性能不足的问题,另一方面将降低锰酸锂电池的成本,在正极材料改性、电解液、电池结构合理设计、生产工艺优化等方面进行深入的研究,开发高性能、低成本的锰酸锂锂离子动力电池,使得锰酸锂电池能够在与铅酸蓄电池的竞争中占据优势,这将为我国低速电动车用电池的发展做出巨大的贡献。